CN102651448A - 层叠型压电元件及使用其的喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层叠型压电元件及喷射装置，将压电体层和金属层交互层叠多个而成，其中，多个上述金属层包括多层构成该金属层的金属的充填率比层叠方向相邻的两侧的金属层低的低充填层。在将压电体层和金属层交互层叠多个而成的层叠型压电元件中，多个上述金属层包括多个厚度比层叠方向相邻的两侧的金属层薄的薄型金属层。在将压电体层和以合金为主成分的金属层交互层叠多个而成的层叠型压电元件中，多个上述金属层包括构成上述合金的一种成分的比率比层叠方向相邻的两侧及金属层高的高比率金属层。
Description
本申请是申请号：200680021047.x，申请日：2006.06.15，发明名称：“层叠型压电元件及使用其的喷射装置”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种层叠型压电元件(下面有时也简称“元件”)及喷射装置，特别是涉及一种适于在高电压、高压力下长时间连续驱动的层叠型压电元件及喷射装置。
背景技术
目前，作为使用了层叠型压电元件的装置有使压电层和金属层交互层叠的压电驱动器。通常，压电驱动器可分为两种类型，即，同时烧成型，和将由一个压电体组成的压电磁体和板状体金属层交互层叠而成的层叠型。其中，从低电压化及降低制造成本的观点出发，大多采用同时烧成型的压电驱动器。同时烧成型压电驱动器薄层化简单，小型化及耐久性也优良。
图21(a)是表示现有的层叠型压电元件的立体图，图21(b)是表示图21(a)的压电体层和金属层之间的层叠状态的局部立体图。图22及图23是表示现有的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大图。如图21所示，该层叠型压电元件由层叠体103和相互相对的形成于侧面的1对外部电极105构成。层叠体103是将压电体层101和金属层102交互层叠而成。在层叠体103的层叠方向的两端面分别层叠有非活性层104。金属层102不是形成于压电体层101的整个主面而是形成所谓的部分电极构造。该部分电极构造的金属层102以在每一层都从层叠体103不同侧面露出的方式层叠，分别在每一层与1对的外部电极105连接。
作为现有的层叠型压电元件的制造方法，有下述的几种。即，首先在包含压电体层101的原料的陶瓷印制电路基板上，按照成为如图21(b)所示的规定的金属层构造的图形来印刷金属糊料。接着，层叠多层印刷有金属糊料的印制电路基板制作层叠成型体，对其烧成得到层叠体103。然后，在与层叠体103相对的侧面涂敷金属糊料，之后，进行烧成形成1对的外部电极105，得到如图21(a)的层叠型压电元件(例如参考专利文献1)。
在此，作为金属层102通常多使用银和钯的合金。另外，为了同时烧成压电体层101和金属层102，大多情况下是金属层102的金属组成设定为银占70质量％、钯占30质量％(例如参考专利文献2)。这样，不仅使用只是由银构成的金属层，而是使用由银-钯合金组成的金属层102，这是是基于下述的原因。
即，这是由于若使金属层102形成不含有钯的只有银的组成，则当在相对的金属层102之间赋予电位差时，在相对的金属层102上会产生金属层102中的银离子顺着元件表面从正极向负极转移的所谓的离子迁移现象。这种现象有在高温高湿环境中明显发生的趋势。
另一方面，目前以形成金属充填率基本相同的金属层102为目的，广泛使用将金属成分比及金属浓度调制成基本相同的金属糊料。在将该金属糊料丝网印刷于陶瓷印制电路基板上时，将网眼密度及抗蚀剂厚度设定为大致同一的条件来制作层叠体103。如图22所示，用该金属糊料形成的金属层102所形成的空隙(空孔)102′基本均匀。
另外，如图23所示，以形成厚度基本相同的金属层102为目的，目前使用将金属成分比及金属浓度调制成基本相同的金属糊料。在将该金属糊料丝网印刷于陶瓷印制电路基板上时，使网眼密度及抗蚀剂厚度形成基本一样来制作层叠体103。
另外还有提案提出一种方法，在压紧陶瓷印制电路基板进行层叠时，由于金属层102成为部分电极构造，因而在金属层102重合的部分和不重合的部分压紧状态是不同的。其结果就是，使在金属层102的同一面内，由于金属密度不均匀，因而在形成金属层102的部分的陶瓷印制电路基板上形成凹部，以使金属充填率变得均匀(例如参考专利文献3)。
可是，在将上述层叠型压电元件作压电驱动器使用的情况下，外部电极105上用焊料连接固定有引线(未图示)，在外部电极105之间施加规定的电位使其驱动。在这样的用途中所使用的层叠型压电元件，近来已实现小型化，同时正在追求在大的压力下确保大的位移量。因此，要求上述层叠型压电元件在施加更高的电场(电压)同时在使其长时间连续驱动的严格条件下也可使用。
为了适应上述要求，即为了适应在高电压、高压力下长时间连续驱动这一要求，专利文献4中提出了一种元件，其设置了使压电元件101的厚度变化的层。即，利用由于厚度不同与其它层位移量变化，实现应力缓和。
在同时烧成型的层叠型压电元件中，正在尝试形成均匀的金属层，以在所有的压电体上均匀地施加电压。特别是正在试验使各金属层的导电率变得均匀，及为了使与压电体接触的部分的表面积变得均匀而使金属层的金属组成变得均匀。另外，为了使与压电体接触的部分的表面积变得均匀，正在试验使金属层的厚度变得均匀。
有提案提出在层叠类型的层叠型压电元件中，以将电极和压电的界面的接触电阻在层叠型压电元件的层叠方向的中央部位做成高电阻，向两端逐渐变小的形式进行控制，以使应力不集中在层叠型压电元件的层叠方向的中央部位(例如参考专利文献5)。
但是，与电容器等通常的层叠型电子部件不同，层叠型压电元件在驱动时元件自身连续地发生尺寸变化，因此，若所有的压电体通过金属层密合驱动，则层叠型压电元件作为整体发生驱动变形。因此，元件变形产生的应力集中在压缩时宽拉伸时细的元件中央部位的外周部分。当在高电压、高压力下长时间连续驱动这样的层叠型压电元件时，因上述原因有时在压电体层和金属层之间的界面(层叠界面)发生脱层(层间剥离)。特别是应力集中在发生压电位移的活性层和不发生压电位移的非活性层之间的界面上，该界面就成了脱层的起点。
另外，有时因发生各压电体层的位移举动一致的共振现象而产生节拍声，或者因发生驱动频率的整数倍的高频信号而产生干扰成分。另外，若连续地长时间驱动发生尺寸变化的层叠型压电元件则使元件温度上升，若该温度上升部分的能量超过发热量，则产生使元件温度加速上升的所谓的热失控现象，而随着温度上升使压电体的位移量降低，另外还有下述的问题，即由于压电体层达到压电体材料的居里点以上的高温，而使压电体的位移量急剧下降。因此，为了控制元件温度的上升而寻求电阻率小的金属层。
另外，由于压电体的位移量具有随环境温度变化的特征，所以在将现有的层叠型压电元件作为应用于燃料喷射装置等驱动元件的驱动器使用的情况下，有时因元件温度的上升而使压电体的位移量发生变化。即，由于产生所希望的位移量逐渐变化的问题，而要求控制长时间连续运转中的位移量的变化及提高耐久性。
作为上述问题的改善方法，虽然有如专利文献4、5所示的方法，但是在高电压、高压力下，在长时间连续驱动这一严格条件下，还不能说改善很充分，有时应力集中在元件中央部位的外周，产生裂缝或产生剥离而使位移量发生变化。
专利文献1：特开昭61-133715号公报
专利文献2：实开平1-130568号公报
专利文献3：特开平10-199750号公报
专利文献4：特开昭60-86880号公报
专利文献5：特开平6-326370号公报
发明内容
本发明的课题是提供一种层叠型压电元件及使用了该元件的喷射装置，其中层叠型压电元件在高电压、高压力下具有大的位移量，并且在长时间连续驱动的情况下也可抑制上述位移量的变化，耐久性优良。
本发明者们反复锐意研究可解决上述课题的结果是，得到下述新的发现，从而完成了本发明。本发明所的新的发现是，在层叠型压电元件中的多个金属层包括多个具有与在层叠方向上相邻的两侧的金属层不同的特定的金属充填率的金属层的情况下，由于可使加在元件的应力分散，因而可得到大的位移量、控制共振现象，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也可抑制位移量的变化，且可抑制层叠部分的脱层，进而得到耐久性优良的层叠型压电元件。
即，本发明提供一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括多个构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层低的低充填金属层。
本发明层提供一种叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个上述金属层包括多个构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层高的高充填金属层。
本发明提供一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与上述非活性层邻接的金属层是在该金属层中的金属的充填率比在层叠方向相邻的金属层中的金属的充填率低的低充填金属层。
本发明提供一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与上述非活性层邻接的金属层是在该金属层中的金属的充填率比在层叠方向相邻的金属层中的金属的充填率高的高充填金属层。
另外，本发明者们反复锐意研究可解决上述课题的结果是，发现了下述新的事实，以至完成了本发明。本发明所发现的新的事实是，在层叠型压电元件中的多个金属层包括多层具有与层叠方向相邻的两侧的金属层不同的厚度的金属层的情况下，由于可使加在元件的应力分散，因而可得到大的位移量、控制共振现象，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也可抑制位移量的变化，且可抑制层叠部分的脱层，进而得到耐久性优良的层叠型压电元件。
即，本发明再提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，其特征在于，多个上述金属层包括多个厚度在比层叠方向上相邻的两侧的金属层薄的薄型金属层。
本发明再提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，其特征在于，多个上述金属层包括多个厚度比层叠方向相邻的两侧的金属层厚的厚型金属层。
本发明再提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与上述非活性层邻接的金属层是该金属层的厚度比在层叠方向上相邻的金属层的厚度薄的薄型金属层。
本发明再提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与上述非活性层邻接的金属层是该金属层的厚度比在层叠方向上相邻的金属层的厚度厚的厚型金属层。
再有，本发明者们反复锐意研究可解决上述课题的结果是，发现了下述新的事实，以至完成了本发明。本发明所发现的新的事实是，不是以现有的形式使以合金为主成分的所有金属层形成均匀的组成，而是通过使多个金属层的一部分包含多层构成合金的一种成分的比率比相邻的两侧的金属层高的高比率金属层，从而可得到大的位移量、控制共振现象，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也可抑制位移量的变化，且可抑制层叠部分的脱层，进而得到耐久性优良的层叠型压电元件。
即，本发明还提供一种层叠型压电元件，将压电体层和以合金为主成分的金属层交互层叠多层而成，其特征在于，多个上述金属层包括多层构成上述合金的一种成分的比率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的高比率金属层。
本发明中，多层的金属层，不仅仅是由合金构成的情况，也可以是其一部分由单一金属构成的形式。
即，本发明还提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，其特征在于，多个上述金属层包括多层构成金属层的至少一种成分的比率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的高比率金属层。
本发明还提供一种层叠型压电元件，将压电体层和金属层交互层叠多层而成，其特征在于，多个上述金属层包括主成分不同的至少两种以上的金属层，其中的一种金属层以隔着多层其它金属层的状态配置有多层。
本发明提供一种喷射装置，其特征在于，其构成为，具备：有喷射孔的容器、收纳于该容器内的上述层叠型压电元件，并且，充填于上述容器内的液体通过上述层叠型压电元件的驱动从上述喷射孔喷出。
根据本发明的层叠型压电元件，由于多个金属层包括多层具有与层叠方向相邻的两侧的金属层不同的金属的充填率的规定金属层，因而将位移举动不同的金属层配置于元件内。即，使低充填金属层周边的压电体层位移变小，使高充填金属层周边的压电体层位移变大，使元件内位移不同的部位分散。这样若将位移举动不同的金属层分散于元件内来配置，由于可缓和因应力集中造成的元件变形的压抑，因而可使压电元件整体的位移量变大。而且，由于可抑制因压电元件的变形造成的应力集中，因而即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况，也可抑制层叠部分所产生的脱层。另外，由于通过配置多层规定的金属层，可抑制在压电元件的位移(尺寸变化)一致时所产生的共振现象，因而可防止产生节拍声，同时，可防止高频信号的发生，进而可抑制控制信号的噪声。
根据本发明的另一层叠型压电元件，由于多个金属层包括多层具有与在层叠方向上相邻的两侧的金属层不同的厚度的规定金属层，因而将位移举动不同的金属层配置于元件内。即，由于薄型金属层周边的压电体层可通过使薄型金属层易于变形来吸收压电体位移的局部应力，而使压电体层的位移变大，使元件内位移不同的部位分散。另外，由于厚型金属层周边的压电体层不是使厚型金属层变形来回弹压电体位移的局部应力的，因而使压电体层的位移变大，使元件内位移不同的部位分散。如果以这种形式将位移举动不同的金属层分散于元件内来配置，由于可缓和因应力集中造成的元件变形的压抑，因而可使压电元件整体的位移量变大。由此，可防止产生节拍声，同时，可防止高频信号的发生，进而可抑制控制信号的噪声。
根据本发明的再另一层叠型压电元件，由于多个金属层包括多层构成合金的一种成分的比率比相邻的两侧的金属层高的高比率金属层，因而可将硬度不同的金属层配置于局部，进而使压电元件承受的应力分散。由此，由于可缓和因应力集中而造成的元件变形的压抑，因而可使压电元件整体的位移量变大。另外，由于可抑制因压电元件的变形造成的应力集中，因而即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也能抑制层叠部分的脱层。另外，由于通过配置多层高比率金属层，可抑制压电元件的位移(尺寸变化)一致时所发生的共振现象，因而不仅可防止发生节拍声还可防止高频信号的发生，进而可制止控制信号的噪声。
本发明的层叠型压电元件由于即使连续驱动也不会使所希望的位移量发生实质变化，因而可提供一种耐久性优良的高可靠性的喷射装置。
附图说明
图1(a)是表示本发明第一实施方式的层叠型压电元件的立体图，(b)是表示(a)中的压电体层与金属层之间的层叠状态的局部立体图；
图2是表示第一实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图3是表示第一实施方式的高充填金属层的局部放大剖面图；
图4是表示第一实施方式的另一种层叠构造的局部放大剖面图；
图5是表示第一实施方式的另一种层叠构造的局部放大剖面图；
图6是用于说明第一实施方式的压电体层的空隙的简要说明图；
图7是表示第二实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖图；
图8是表示第五实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖图；
图9是表示第五实施方式的厚型金属层的局部放大剖面图；
图10是表示第五实施方式的其它层叠构造的局部放大剖面图；
图11是表示第五实施方式的其它层叠构造的局部放大剖面图；
图12是用于说明第五实施方式的压电体层的空隙的简要说明图；
图13是表示第六实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图14是表示第九实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图15是表示第十实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图16是表示第十一实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图17是表示实施例中的表15中的试样No.III-35的金属层的银组成的图表；
图18是表示与第十二实施方式的层叠型压电元件的压电体层接触的金属层的层叠构造示意剖面图；
图19(a)是表示第十三实施方式的层叠型压电元件的立体图，(b)是表示(a)中的压电体层与金属层之间的层叠状态的局部立体图；
图20是表示本发明的一实施方式的喷射装置的示意剖面图；
图21(a)是现有的层叠型压电元件的立体图，(b)是表示(a)中的压电体层与金属层之间的层叠状态的局部立体图；
图22是表示现有的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图；
图23是表示现有的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。
具体实施方式
层叠型压电元件
第一实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的层叠型压电元件的第一实施例。图1(a)是表示本实施例的层叠型压电元件的立体图，图1(b)是表示图1(a)中的压电体层和金属层的层叠状态的局部立体图。图2是表示本实施例的层叠型压电元件的层叠结构的局部放大剖面图。图3是表示本实施例的高充填金属层的局部放大剖面图。图4是表示本实施例的层叠型压电元件的其它层叠结构的局部放大剖面图。图5是表示本实施例的层叠型压电元件的其它层叠结构的局部放大剖面图。图6是用于说明本实施例的压电体层的空隙的概略说明图。
如图1所示，本实施例的层叠型压电元件具有将多个压电体层11和多个金属层12交互层叠而成的层叠体13，在该层叠体13的相对的侧面配设有一对外部电极15(一侧的外部电极未图示)。
金属层12如图1(b)所示，为不在压电体层11的整个主面上形成的所谓的部分电极结构。该部分电极结构的多个金属层12按照在每一层分别在层叠体13的相对的侧面露出的方式配置。由此，金属层12在每一层与一对外部电极15电连接。需要说明的是，一对外部电极15也可以在相邻的侧面形成。
如图1(a)所示，在层叠体13的层叠方向的两端层叠有由压电体层形成的非活性层14。在将该层叠型压电元件作压电驱动器使用的情况下，在成对的外部电极15上通过钎焊分别连接固定引线，使引线与外部电压供给部连接即可。通过从该外部电压供给部经由引线在相邻的金属层12之间施加规定的电压，使各压电体层11因反压电效果而产生位移。这具有下述的作用，即，由于金属层12是由下述的银-钯合金等金属材料形成的，因而若经由金属层12对各压电体11施加规定的电压，则因反压电效果而使压电体层11发生位移。
另一方面，由于只是在一个主面侧配置有金属层12而在另一个主面侧没有配置金属层12，因而即使施加电压非活性层14也不发生位移。
在此，如图2所示，本实施方式的多个金属层12包含多层构成该金属层12的金属的充填率比层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12a)还低的低充填金属层12b。由此，可使低充填金属层12b周边的压电体层位移变小，使金属充填率比低充填金属层12b大的金属层12a周边的压电体层位移变大。因此，由于使位移不同的金属层分散配置于元件内，可使压电元件整体的位移量变大，同时，即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也可抑制层叠部分所产生的脱层。另外，由于可抑制共振现象，因而可防止产生节拍声。另外，由于防止了高频信号的发生，因而也可抑制控制信号的噪声。
多个压电体层11中发生驱动变形的部位是被金属层12所夹持的部分。因此，优选多个金属层12中在隔着压电体层重合的部分形成低充填金属层12b。由此，可有效抑制在压电元件的位移(尺寸变化)相一致的情况下所发生的共振现象。
优选隔着低充填金属层12b之外的多个其它金属层来分别配置多个低充填金属层12b。本实施方式的其它金属层是如图2所示的金属层12b和如图3所示的下述的高充填金属层12c。在此，低充填金属层12b，其金属的充填率低于其它的金属层(金属层12a、高充填金属层12c)。因此，由于低充填金属层12b比其它的金属层柔软性优良，因而若应力施加在驱动中心可发生变形缓和该应力(应力缓和效果)。即，低充填层12b作为应力缓和层发挥作用。
特别是在本实施方式中，优选在层叠方向有规则地配置该多层低充填金属层12b。这是由于，为了使施加于元件整体的应力分散而使应力缓和层有规则地配置才有效果的缘故。另外，优选层叠体13层叠至少三层以上的压电体层11而构成，同时，低充填金属层12b具有按规定的顺序重复配置的部分。
所谓的在层叠方向有规则地配置上述多个低充填金属层12b，是包含下述情况的一个概念，即，低充填金属层12b之间存在的其它金属层(金属层12a、高充填金属层12c)的层数在任意低充填金属层12b之间都相同的情况；低充填金属层12b之间存在的其它金属层12的层数相近似使应力均匀地分散于层叠方向的程度的情况。具体而言，就是存在于低充填金属层12b之间的其它金属层12的层数，相对于各层数的平均值在±20％的范围，优选相对于各层数的平均值在±10％的范围，更优选都是相同的数。
上述其它金属层即金属层12a，是金属的充填率高于低充填金属层12b的充填率的金属层。该金属层12a是主要的金属层。所谓该主要的金属层其含义是，金属层在金属层12中由具有相同的充填率的多个金属层构成，其层数多于低充填金属层12b及高充填金属层12c。优选该主要的金属层即金属层12a，从接近全部金属层的平均金属充填率起按顺序占据全部金属层数的1/3以上的层数。这是由于，主要金属层所要求的功能，是作为驱动层叠型压电元件的电极来稳定地发挥功能的，因此，要求将施加于元件的电压均匀地加在各压电体层11进而均匀地进行压电位移的缘故。因此，若主要金属层12a是从接近全部金属层的平均的金属充填率起按顺序达到全部金属层数的1/3以上，则由于施加于元件的电压均匀地加在各压电体层11，因而压电体层11不会极度不均匀地发生驱动变形，元件整体基本均匀地发生驱动变形，成为有耐久性的元件。另外，与主要的金属层12a接触的压电体层11因不会使应力集中因而使其位移量变大。另外，由于与低充填金属层12b接触的压电体层11成为应力缓和层，因而在保持元件的驱动位移的同时，可避免元件的应力集中一点。其结果就是在使位移量变大，同时耐久性优良。
为了使位移的相位一致加快响应速度，主要的金属层12a从接近全部金属层的平均的金属充填率起按顺序达到全部金属层数的70％以上，优选80以上，更优选90％以上，最优选90～99％。主要的金属层12a在全部金属层数的90％以上，就可使位移相位一致还得到高速的响应速度。另一方面，若超过99％则由于因使相位完全一致元件产生噪声，故而不予考虑。另外，金属层12的总数通常可根据用途任意设定，并无特别限制，但一般是2～10000层，优选5～1000层。
优选在多个金属层12中，主要的金属层12a的层数最多。由此，为了将施加于元件的电压均匀地加在各压电体层11，而通过不能使压电体层11不均匀地发生变形还使位移的相位相一致，就形成了不仅使元件均匀地发生驱动变形、提高响应速度，而且具有耐久性的层叠性压电元件。
主要的金属层12a优选是在金属层12中金属充填率最高的金属层和金属充填率最低的金属层之外的金属层。这是由于，驱动中的层叠性压电元件的应力具有加在位于金属充填率最高的金属层12附近的压电体层11上的趋势，只要主要的金属层12a在金属充填率最高的金属层之外，就可形成使金属层12a和与此接触的压电体层11之间牢固密合的耐久性高的层叠型压电元件。另外，由于与低的金属充填率的金属层接触的压电体层11的元件位移小，因而只要主要的金属层12a在金属充填率最低的金属层以外，就不能使层叠型压电元件的位移变得过小。即，通过在所有金属层12中将主要的金属层12a设置金属充填率最高的金属层和最低的金属层之外，就可形成驱动位移大、具有耐久性的层叠型压电元件。再者，由于通过使金属层12的金属充填率发生变化可控制压电体层11的位移大小，因而还不必改变压电体层11的厚度，批量生产性优良。另外，优选由基本同一的金属充填率构成主要的金属层12a(多个金属层12a)。由此，还增大了位移、提高灵敏性、提高了耐久性。
如图3所示，优选多个金属层12包含多个构成该金属层的金属充填率比层叠方向相邻的两侧的金属层高的高充填金属层12c。如图6所示，这是由于，金属充填率高的高充填金属层12c，在金属层内空隙(孔率)12c’等未被金属充填的缺陷部分少，因而在对元件施加电压时，与该金属层12c接触的压电体层11就成了位移大的部位。因此，由于在驱动元件时成了位移大的部位，因而使应力集中在高充填金属层12c附近(应力集中效果)。通过将这样的电极层分散配置于元件内，就使应力不能集中在元件的一点而是使应力分散。因此，形成了耐久性优良的高可靠性的层叠型压电元件。
高充填金属层12c是金属的充填率比低充填金属层12b及主要金属层12a的充填率高的金属层。即，主要的金属层12a、低充填金属层12b及高充填金属层12c的金属充填率之间的关系如下，即，高充填金属层12c＞主要的金属层12a＞低充填金属层12b。因此，由于主要的金属层12a在所有的金属层12中成了金属充填率最高的金属层和最低的金属层之外的金属层，因而可形成驱动位移大、具有耐久性的层叠型压电元件。即，低充填金属层12b周边的压电体层11其位移变小，高充填金属层12c周边的压电体层11其位移变大。其结果就是，可更有效地得到将位移不同的金属层配置于元件内的效果。
具体而言，就是在设除了低充填金属层12b及高充填金属层12c之外的其它金属层(即主要的金属层12a)中的金属充填率为X1，设低充填金属层12b中的金属充填率为Y1时，充填率之比(Y1/X1)在0.1～0.9的范围，优选在0.3～0.9的范围，更优选在0.5～0.8的范围。由此可更加可靠地得到低充填金属层12b的应力缓和效果，同时，可确保元件形状(可防止元件的机械强度过低)。特别是，若上述比值(Y1/X1)为0.3～0.9，由于与低充填金属层12b相邻的压电体层11也产生位移驱动，因而可形成元件的位移大、耐久性高的层叠型压电元件。上述X1及Y1的具体数值可根据金属层12的组成等任意设置，并无特别限制，但一般最好X1为45～90％，优选55～85％，更优选60～80％，Y1为3～60％，优选20～60％，更优选30～50％，X1及Y1在该范围内最好满足上述比值Y1/X1。
另一方面，若使上述比值Y1/X1变得小于0.1，则由于压电体层11和金属层难以密合，有可能使层叠体产生脱层，若变得大于0.9则有可能降低低充填金属层12b的应力缓和效果，出现使应力集中于元件的一点的部位，就有可能降低元件的耐久性。
另外，在设除了低充填金属层12b及高充填金属层12c之外的其它金属层(即主要的金属层12a)中的金属充填率为X1，设高充填金属层12c中的金属充填率为Z1时，充填率之比(Z1/X1)最好在1.05～2的范围，优选在1.05～1.5的范围，更优选在1.1～1.2的范围。由此可出现高充填金属层12c的应力集中效果，同时，可确保元件形状。特别是，若上述比值(Z1/X1)为1.05～1.5，由于与高充填金属层12c相邻的压电体层11和与主要金属层12a相邻的压电体层11也发生基本相同的位移驱动，因而可做成耐久性高的层叠型压电元件。另外，若上述比值(Z1/X1)为1.1～1.2，则可形成元件位移更大、耐久性更高的层叠型压电元件。上述X1及Z1的具体数值与上述比值(Y1/X1)中的X1及Y1一样，可根据金属层12的组成等任意设置，并无特别限制，但一般最好X1为45～90％，优选55～85％，更优选60～80％，Z1为60～100％，优选70～100％，更优选72～95％。
另一方面，若上述比值(Z1/X1)大于2，则因应力集中在高充填金属层12c，有可能高充填金属层12c和压电体层11之间的界面被剥离，进而有可能造成层叠体脱层，若小于1.05，则有可能降低高充填金属层12c的应力集中效果，出现应力集中于元件的一点的部位，有可能降低元件的耐久性。
构成金属层12的金属的充填率是在沿层叠方向切断层叠型压电元件的面上测量得到的数值。具体而言，就是在该切断面上用扫描型电子显微镜(SEM)及金属显微镜等观察金属层12，不仅调查金属成分，还调查由空隙及陶瓷等金属之外的要素构成的情况。因此，在任意一层金属层的截面上，测量只由金属构成的部分的面积，用其金属层的总面积除以只由该金属构成的部分的面积的总和，以该值作金属充填率。通过对金属层12a、低充填金属层12b及高充填金属层12c分别测量该金属充填率，可区别各层。
如图4所示，优选金属充填率比主要的金属层12a高的高充填金属层12c和金属充填率比主要的金属层12a低的低充填金属层12b夹着压电体层11相对配置。由此，使元件驱动中的应力分别集中在金属充填率高的多个高充填金属层12c以分散施加于元件的应力，再者，通过将作为应力缓和层的金属充填率低的低充填金属层12b与高充填金属层12c相邻配置，可有效地分散缓和施加于元件的应力。
特别是如图5所示，相对于第充填率金属层12b优选在层叠方向相邻的两侧的金属层是高充填金属层12c。由此，使元件驱动中的应力分别集中在金属充填率高的多个高充填金属层12c以分散施加于元件的应力，再者，通过将作为应力缓和层的金属充填率低的低充填金属层12b与高充填金属层12c相邻配置，可更可靠地分散缓和施加于元件的应力。另外，若用应力集中的层即高充填金属层12b夹持作为应力缓和层的低充填金属层12b，则可将应力封闭在低充填金属层12b中，分散缓和元件整体的应力。其结果就是，在将该元件应用于压电驱动器时，可提供一种耐久性优良的、高可靠性的压电驱动器。另外，由于更能达到使应力封闭在层数少的一方，因而被夹持的低充填金属层12b的层数为一层最合适。
另外，在层叠体13的层叠方向，分别隔着压电体层11按照低充填金属层12b、高充填金属层12c、主要的金属层12a的顺序配置在其间，而且优选按金属充填率高的顺序层叠主要的金属层12a。由此，通过使元件驱动中的应力集中在高充填金属层12c，使施加于元件的应力分散，再者，通过将作为应力缓和层的低充填金属层12b与应力集中的金属层相邻配置，不仅可分散缓和加在元件的应力，还由于使主要的金属层12a按金属充填率高的顺序配置，因而可慢慢分散集中于高充填金属层12c的应力。在此基础上，由于通过提高金属充填率可使相邻的压电体层11的位移量变大，因而可制作位移量大、耐久性优良、高可靠性的层叠型压电元件。
高充填金属层12c是金属的充填率的峰值，从该高充填金属层12c起最好在层叠方向穿过两层以上，优选穿过2～5层以上的金属层具有使金属的充填率逐渐降低的倾斜区域。由此，使元件驱动中的应力集中在金属充填率高的高充填金属层12c，而如果具有规定的倾斜区域，则可使集中在该高充填金属层12c的应力慢慢分散。
如图6所示，金属层12优选具有规定的空隙(孔率)12a′、12b′、12c′。这是由于，若金属层12含有金属成分以外的绝缘物质，在驱动元件时由于在压电体层产生不能施加电压的部分，因而有可能不能使压电位移变大，使驱动时的应力集中在该金属层12而形成破坏的起点的缘故。若金属层12具有规定的空隙(孔率)，则在应力加在金属部分时，由于存在空隙(孔率)部分而使金属易于变形进而可有效地分散缓和应力。另外，在使与金属层12接触的压电体层11发生压电位移时，由于存在空隙(孔率)部分而形成局部夹紧压电体层11，在整个面上，束缚压电体层11的力比夹紧时变小而易于位移，可使位移量变大。其结果是，可制作元件的位移更大、耐久性更高的层叠型压电元件。
特别是，最好在主要金属层12a上设置空隙(孔率)12a′，相对于该金属层12的截面的整个截面面积的空隙(孔率)12a′所占的面积比(孔隙率)为5～7％，优选7～70％，更优选10～60％。由此，由于使位移量变大，因而可得到位移量优良的层叠型压电元件。特别是若上述空隙率为7～70％或者10～60％，则可压电体层11更顺滑地变形，同时，由于金属层12具有充分的导电性，因而可使层叠型压电元件的位移量增大。
另一方面，若上述空隙率小于5％，则在施加电压使压电体层11发生变形时，由于从金属层12受到束缚，抑制压电体层11的变形，进而使层叠型压电元件的变形量变小使所产生的内部应力变大，因而有可能对耐久性也带来不利影响。另外，若上述空隙率大于70％，则由于在电极部分产生极细的部分，从而有可能降低金属层12自身的强度、易于在金属层12产生裂缝、发生断路等，故而不宜采用。
与金属层12的面积相对的上述空隙所占据的比例(空隙率)是在沿平行于层叠方向的面或者垂直于层叠方向的面切断层叠型压电元件的截面上测量得到的数值。具体而言，就是在该截面上测量存在于金属层12的部分的空隙(孔率)的面积，用金属层12的面积除以该孔率的面积的总和，使得到的值乘以100倍的值。
更具体的孔隙率的测量方法如下。即，测量孔隙率的方法大致分为下述两种。第一种方法是在沿平行于层叠方向的面切开层叠体13时观察截面的方法，第二种方法是沿垂直于层叠方向的面切开层叠体13时观察截面的方法。
用第一种方法测量空隙率时，例如只要以下述的形式进行即可。首先，使平行于层叠方向的截面露出，使用现有的研磨装置对层叠体13进行研磨处理。具体而言，例如可使用ケメツト·ジヤパン(日本)(株)公司制台式研磨机KEMET-V-300作研磨装置，利用金刚石研磨膏进行研磨。例如使用扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜等观察利用该研磨处理露出的截面得到截面图像，通过对该截面图像进行图像处理可测量金属层的孔隙率。列举具体实例，例如对于用光学显微镜拍摄的金属层的图像，将空隙部分涂上黑色，空隙以外的部分涂上白色，求出黑色部分的比率，即求出(黑色部分的面积)/(黑色部分的面积+白色部分的面积)，可通过用百分率表示计算出孔隙率。例如在截面图像为彩色的情况下，最好转换为灰色标度以区分成黑色部分和白色部分。此时，在需要设定用于对黑色部分和白色部分进行双调谐的边界的阈值的情况下，只要通过图像处理软件及目测来设定界限的阈值并设为二值化即可。
另外，在用第二种方法测量孔隙率时，例如只要以下述的形式进行即可。首先，直至使要测量的金属层的截面(垂直于层叠方向的截面)露出，使用现有的研磨装置在层叠体13的层叠方向进行研磨。具体而言，例如可使用ケメツト·ジヤパン(日本)(株)公司制台式研磨机KEMET-V-300作研磨装置，利用金刚石研磨膏进行研磨。使用扫描型电子显微镜(SEM)、光学显微镜、金属显微镜等观察通过该研磨处理露出的截面得到截面图像，通过对该截面图像进行图像处理可测量金属层的孔隙率。列举具体实例，例如对于用光学显微镜拍摄的金属层的图像，将空隙部分涂上黑色，空隙以外的部分涂上白色，求出黑色部分的比率，即求出(黑色部分的面积)/(黑色部分的面积+白色部分的面积)，可通过用百分率表示计算出孔隙率。例如在截面图像为彩色的情况下，最好转换成灰色标度以分为黑色部分和白色部分。此时，在需要设定用于对黑色部分和白色部分进行双调谐的界限的阈值的情况下，只要通过图像处理软件及目测规定界限的阈值并设为二值化即可。另外，在观察金属层的截面时，优选研磨至其厚度的约1/2的位置，由此来观察露出的截面。但是，在金属层的厚度薄且厚度的差别比较大的情况下，有时通过研磨处理不能使金属层的截面整体露出来。在这样的情况下，也可以在研磨处理直至金属层的一部分露出来的时刻，观察其露出部分得到截面图像，之后，再继续研磨反复多次观察除已观察的部分之外的其他部分这一操作。这样，只要补足在多次操作中得到的观察图像并可观察金属层的截面整体即可。
具有上述空隙(孔率)的金属层12主要由金属和空隙(孔率)构成。若以该形式构成金属层12，则由于相对于应力不论金属还是空隙都可能变形，因而可制作耐久性更高的层叠型压电元件。
特别是若低充填金属层12b主要由金属和空隙构成，则可制作耐久性更高的层叠型压电元件。即，如图6所示，优选低充填金属层12b由在隔着空隙(孔率)12b′彼此离开的状态下配置的多个部分金属层构成。由此，若与低充填金属层12b接触的压电体层11即使在金属层内也与空隙(孔率)12b′等未被金属充填的部分接触，则即使在元件上施加电压该部分的压电体层也不发生位移，在此基础上若在驱动中施加应力可发生形变以缓和应力(应力缓和效果)。即，由部分金属层构成的低充填金属层12b作为应力缓和层发挥作用。因此，使与该金属层接触的压电体层11的驱动位移变小，可避免元件的应力集中在一点。其结果就是可制作耐久性优良、可靠性高的层叠型压电元件。
具体而言，就是优选与低充填金属层12b的截面的整个截面面积相对的空隙(孔率)12b′所占据的面积比(孔隙率)为20～90％。由此，可使位移量变得更大，得到位移量优良的层叠型压电元件。
优选金属层12以选自元素周期表第8～11族元素中的金属为主成分。这是由于，上述金属组成物具有高的耐热性，因而可同时烧成温度高的压电体层11和金属层12的缘故。因此，由于可在使外部电极15的烧成温度比压电体层11的烧成温度低的低温下制作，因而可抑制压电体层11和外部电极15之间的剧烈的相互扩散。
另外，设金属层12中的元素周期表第8～10族元素的含量为M1(质量％)，设元素周期表第11族元素的含量为M2(质量％)，此时，优选以满足下述关系，即0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属为主成分。这是由于，若元素周期表第8～10族元素的含量即M1超过15质量％，则电阻率变大，在连续驱动层叠型压电元件的情况下，由于金属层12发热，该热量作用于具有温度依赖性的压电体层11使位移特性降低，因而有时使层叠型压电元件的位移量变小。另外，在形成外部电极15时，外部电极15和金属层12相互扩散而接合，但由于若M1超过15质量％，则在外部电极15中扩散有金属层成分的部位的硬度变高，因而在驱动时尺寸发生变化的层叠型压电元件中，有可能降低耐久性。
特别是为了抑制向金属层12中的11族元素的压电体层11的离子迁移，优选将M1设为0.001质量％以上15质量％以下。在提高层叠型压电元件的耐久性的基础上，优选将M1设为0.1质量％以上10质量％以下。在需要热传导优良、更高的耐久性的情况下，优选将M1设为0.5质量％以上9.5质量％以下。在需要特别高的耐久性的情况下，优选将M1设为2质量％以上8质量％以下。
另一方面，若11族元素的含量即M2不足85质量％，则使金属层12的电阻率变大，在连续驱动层叠型压电元件的情况下，有时使金属层12发热，故而不为优选。特别是为了抑制向金属层12中的11族元素的压电体层11的离子迁移，优选将M2设为85质量％以上99.999质量％以下。在提高层叠型压电元件的耐久性的基础上，优选将M2设为90质量％以上99.9质量％以下。在需要更高的耐久性的情况下，优选将M2设为90.5质量％以上99.5质量％以下。在需要特别高的耐久性的情况下，优选将M2设为92质量％以上98质量％以下。
特别是所谓的低充填金属层12缓和应力时对所施加的应力尽心缓和，是指将所施加的动能转换为热能以使应力释放，而使应力缓和部分保持热量。若压电体的温度上升就会使压电位移的力变小，一旦温度上升到居里点，则即使进行冷却也不会有极化的效果并且压电位移的力很大地损失。于是，若低充填金属层12b可起到散热器的作用，则可使热量从应力缓和部分向元件外散逸。
在此，由于使用本实施方式的组成金属而热量的散逸效果变大，从而可保持高的耐久性长时间维持应力缓和效果。特别是在高浓度包含热传导优良的银的组成中，极大地提升了热量散逸效果，另外即使发生氧化热传导率也不衰减，而且由于使电传导特性也未衰减，因而可制作极高的耐久性的应力缓和层。
表示金属层12中的金属成分的质量百分率的8～10族元素的M1、11族元素的M2可分别用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法来特定。
优选金属层12中的金属成分，8～10族元素的金属是选自Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru及Os中的至少一种以上，第11族元素的金属是选自Cu、Ag及Au中的至少一种以上。举例所示的这些金属是在近年来的和金粉末合成技术中批量生产率优良的金属组成。
在上述举例所示的金属层12中的金属成分中，优选第8～10族元素的金属是选自Pt、Pd至少一种以上，第11族元素的金属是选自Ag、Au中的至少一种以上。由此就有可能形成耐热性优良、电阻率小的金属层12。
特别是金属层12的金属成分优选第8～10族元素的金属是Ni。由此，就有可能形成耐热性优良的金属层12。另外，优选第11族元素的金属是Cu。由此就有可能形成硬度低、热传导性优良的金属层12。
特别是Cu不仅热传导特性高，而且在施加的应力来自一个方向的情况下，由于具有结晶方向在施加有应力的单方向定向的特征，因而产生难以破裂的坚韧的应力缓和效果。再者，若同时烧成而制作元件，则由于在Cu表面形成抗腐蚀性强的CuO覆盖层，因而可制作耐久性强的元件(就普通的铜金属而言，表面可逐渐形成Cu2O皮膜，然后与空气中的水分结合形成铜绿进而受到腐蚀)。
另外，优选金属层12是以上述金属为主成分的合金。作为该合金例如进行银-钯合金(银70～99.999质量％-钯0.001～30质量％)等全率固溶的合金可在任意的组成比率下控制烧成温度，故而优选。另外，优选在金属层12中与上述的金属组成物一起添加氧化物、氮化物或者碳化物。这样，就增加了金属层12的强度，进而提高了层叠型压电元件的耐久性。特别是使氧化物与压电体层11相互扩散提高了金属层12与压电体层11之间的密合强度，故而更为优选。
就上述氧化物而言，由于提高了与压电体层11的密合强度，因而优选以由PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。而所添加的氧化物等的含量，可根据层叠型压电元件的截面SEM图像中的金属层中的组成的面积比计算出来。
相对于金属，优选上述无机组成物(即与金属组成物一起添加的氧化物、氮化物或者碳化物)为50体积％以下。由此，可使金属层12与压电体层11之间的粘接强度比压电体层11的强度小，由于更优选在30体积％以下，因此可提高层叠型压电元件的耐久性。
另外，构成金属层12的金属层12a、低充填金属层12b及高充填金属层12c的各自的厚度，只要根据金属层12的组成等任意选择即可，并无特别限制，但一般情况下，金属层12a的厚度最好是0.1～100μm，优选0.5～10μm，更优选1～5μm；低充填金属层12b的厚度最好是0.05～100μm，优选0.1～10μm，更优选0.5～5μm；高充填金属层12a的厚度最好是0.1～200μm，优选0.5～15μm，更优选1～10μm。
优选压电体层11以钙钛矿型氧化物为主成分。这是由于，若压电体层11例如由以钛酸钡(BaTiO3)为代表的钙钛矿型压电陶瓷材料等形成，则由于表示其压电特性的压电变形常数d33高，因而可使位移量变大，再者，也可同时烧成压电体层11与金属层12。作为如上所述的压电体层11，优选以由压电变形常数d33比较高的PbZrO3-PbTiO3构成的钙钛矿型氧化物为主成分。
另外，优选在层叠体13的侧面使金属层12露出。这是由于，因为在未使金属层12在元件侧面上露出的部分驱动时不能位移，从而使驱动时发生位移的区域封闭于元件内部，因此，易于使位移时的应力集中在上述界限内，在耐久性上发生问题，故而不为优选。
优选层叠体13为多棱柱体。这是由于，若层叠体13为圆柱体，则由于假如不是正圆中心轴就会摇动，因此就必须做成高精度的圆而层叠，从而难以使用同时烧成的批量生产型的制造方法。另外，即使层叠了大致圆形的层叠体之后，或者在烧成之后研磨外周以形成圆柱状，也难以使金属层12的中心轴高精度地一致。与此相对，若层叠体13为多棱柱体，则可在确定了基准线的压电体层11上形成金属层12，再者，由于可沿着基准线进行层叠，因而因为可使用批量生产型的制造方法形成驱动的轴即中心轴，从而可制作耐久性高的元件。
另外，如上所述，在本实施方式的层叠型压电元件的侧面交互构成端部露出的金属层12与端部未露出的金属层12，但是，优选在上述端部未露出的金属层12与外部电极15之间的压电体层11上形成有槽，在该槽内形成有样式模量比压电体层11低的绝缘体。由此，因为可缓和因驱动过程中的位移而产生的应力，所以即使连续驱动层叠型压电元件也可抑制金属层12的发热。
(第二实施方式)
下面，参照附图来详细说明本发明的层叠型压电元件的第二实施方式。图7是表示本实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。图7中，对于与上述的图1～图6的构成相同或者相等的部分添加相同的符号，省略说明。如图7所示，本实施方式的层叠型压电元件与在上述作了说明的第一实施方式一样，是交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成的层叠型压电元件。
在此，多层的金属层12包括构成该金属层12的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12a)高的高充填金属层12c。由于是这样的构成，使高充填金属层12c周边的压电体层11的位移变大，使金属充填率比高充填金属层12c小的主要金属层12a周边的压电体层11的位移变小，成为将位移不同的金属层层配置于元件内的构成，因而可到达与在上面做了说明的第一实施方式同样的效果。
本实施方式的多层高充填金属层12c，与在上面做了说明的第一实施方式一样，优选隔着该高充填金属层12c之外的其它金属层(即主要金属层12a、低充填金属层12b)分别配置。另外，优选多个高充填金属层12c在层叠方向有规则地配置。再者，优选多个金属层12包含多层构成该金属层12的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层低的低充填金属层12b。
由于上述之外的构成与在上面做了说明的第一实施方式同样，因此省略说明。
(第三实施方式)
下面说明本发明的层叠型压电元件的第三实施方式。本实施方式的层叠型压电元件交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成。在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层14，与该非活性层14相邻的金属层12是在该金属层12中的金属的充填率比在层叠方向相邻的金属层12中的金属的充填率低的低充填金属层(低充填金属层12b)。由此，可避免使元件的应力集中于一点。作为该原因据推测为下面的原因。
即，由于即使施加电压也不能使未完全被电极夹持的非活性层发生驱动变形，因而由于以与非活性层14相邻的金属层12为界，与发生驱动变形的部分和未发生驱动变形的部分接触，而使应力集中于该界限部分。此时，若所有的金属层12都是相同的金属充填率，则由于具有使应力在上述界限部分集中一点的趋势，因而在高电压、高压力下长时间里续驱动层叠型压电元件的情况下，就有可能发生脱层。
因此，若使与非活性层14相邻的金属层12(第充填率金属层12b)的金属充填率比在层叠方向相邻的金属层12的金属充填率低，则低充填金属层12b的柔韧性比其它的金属层优良。由此，在驱动元件使压电体层11发生变形时，可使低充填金属层12b自身发生变形以缓和应力(应力缓和效果)。另外，由于与低充填金属层12b相邻的非活性层14由压电材料形成，所以可利用施加应力发生变形来缓和应力。即，低充填金属层12b与非活性层14产生应力缓和效果相加作用。而且，由于低充填金属层12b自身发生变形，因而被与低充填金属层12b相邻的金属层12夹持的压电体层11同时存在因施加电压发生的驱动变形和因施加应力发生的变形，但由于为了缓和应力而使低充填金属层12b自身发生变形，因而使因施加应力而发生的变形受到控制，为缓和应力而发生变形。因此，可使驱动位移变小，避免元件的应力集中于一点。
再者，相对于低充填金属层12b，优选在层叠方向相邻的金属层为高充填金属层12c。由此，将元件驱动过程中的应力集中于高充填金属层12c而使施加于元件的应力分散在端部，再通过将作为应力缓和层的低充填金属层12b与集中应力的金属层相邻配置，可在端部分散缓和施加于元件的应力。另外，若用集中应力的层即高充填金属层12c和非活性层14来夹持作为应力缓和层的低充填金属层12b，则可将应力封闭在低充填金属层12b中，进一步提高分散缓和元件整体的应力的效果。其结果是，在将该元件应用于压电驱动器的情况下，可提供一种耐久性优良、高可靠性高的压电驱动器。
特别是现在，在形成层叠数例如少于50层的层叠数的层叠型压电元件时，非活性层14附近的压电体层11的金属含有率越靠近非活性层14越高，以抑制变形量进而抑制应力集中于界限部分。因此，为了形成压电体层11，就要准备多种类型的金属含有率的压电薄板，成为高成本的制品。另一方面，就本发明而言，只是将与非活性层14接触的金属层12做成金属充填率比在层叠方向相邻的金属层12的金属充填率低的低充填金属层12b，就能以低成本制作具有高的耐久性的层叠型压电元件。再者，通过将与两端部的非活性层14接触的金属层12的金属的充填率做成比在层叠方向相邻的金属层12的金属的充填率低的低充填金属层12b，可以用更低的成本制作具有高的耐久性的层叠型压电元件。
另一方面，由于通过在层叠数多的层叠型压电元件中包含金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12a)低的低充填金属层12b，低充填金属层12b周边的压电体层可通过使低充填金属层容易变形吸收压电体位移的局部的应力，因而使周边的压电体层的位移变小，使位移不同的金属层分散配置于元件内。因此，由于即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也缓和了因应力集中造成的元件变形的压抑，因而可抑制发生于层叠部分的脱层。另外，由于可抑制共振现象，进而可防止产生节拍声。再者，由于可防止发生高频信号进而也可抑制控制信号的噪声。而由于上述之外的构成与在上面做了说明的第一及第二实施方式一样，因而省略说明。
(第四实施方式)
下面来说明本发明的层叠型压电元件的第四实施方式。本实施方式的层叠型压电元件，交互层叠有多个压电体层11和多个金属层12而成，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层14，与该非活性层14邻接的金属层12是该金属层12的金属充填率比在层叠方向相邻的金属层12的金属充填率高的金属层(高充填金属层12c)。由此成为耐久性优良、高可靠性的层叠型压电元件。作为本原因据推测为下述的原因。
即，由于即使施加电压也不能使未完全被电极夹持的非活性层发生驱动变形，因而由于以与非活性层14相邻的金属层12为界，与发生驱动变形的部分和未发生驱动变形的部分相接，而使应力集中于该界限部分。此时，若所有的金属层12都是相同的金属充填率，则由于具有使应力在上述界限部分集中一点的趋势，因而在高电压、高压力下长时间里续驱动层叠型压电元件的情况下，就有可能发生脱层。
因此，若使与非活性层14邻接的金属层12中的金属充填率比在层叠方向相邻的金属层12中的金属充填率变高，则在驱动元件使压电体层11发生变形时，由于高充填金属层12c拘束与该高充填金属层12c接触的压电体层11，同时拘束与高充填金属层12c相接的非活性层14的力强，因而由于不使高充填金属层发生形变就反弹压电体位移的局部的应力，所以使该高充填金属层12c相接的压电体层11发生更强的位移。由此，可增大元件的压电位移量。
再者，由于在驱动元件时因上述原因高充填金属层12c自身未发生变形，因而施加于元件整体的应力全都集中在高充填金属层12c附近(应力集中效果)。因此，若将这样的高充填金属层12c配置于元件驱动部分的端部，则不会使应力集中在元件的驱动部分而是使应力分散于元件的端部，制成耐久性优良的、高可靠性的层叠型压电元件。
特别是现在，在形成层叠数例如少于50层的低的层叠数层叠型压电体元件时，使非活性层14附近的压电体层11的金属含有率越靠近非活性层14而增加，以抑制变形量进而抑制应力集中于界限部分。因此，为了形成压电体层11，就要准备多种类型的压电薄板，成为高成本的制品。另一方面，就本发明而言，只是将与非活性层14邻接的金属层12的金属充填率做成比在层叠方向相邻的金属层12的金属充填率高的金属层(高充填金属层12c)，就能以低成本制作具有高的驱动力和高耐久性的层叠型压电元件。再者，通过将与两端部的非活性层14邻接的金属层12中的金属的充填率做成比在层叠方向相邻的金属层12中的金属的充填率低的低充填金属层(高充填金属层12b)，可以用更低的成本制作具有高的耐久性的层叠型压电元件。而由于上述之外的构成与在上面做了说明的第一～第三实施方式一样，因而省略说明。
下面来说明在上面做了说明的第一～第四实施方式的层叠型压电元件的制造方法。
首先，对由PbZrO3-PbTiO3等构成的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷的准烧成粉末和由改性聚丙烯腈纤维、丁酸盐类等有机高分子构成的粘合剂及DBP(二丁基丁酸)、DOP(二辛基丁酸)等可塑剂进行混合制作糊膏，利用共知的刮刀片法及压光滚筒法等带成形法将该糊膏制作成多个作为压电体层11的陶瓷印制电路基板。
然后，例如在构成银-钯合金等金属层12的金属粉末中，含有在丙烯酸颗粒等干燥时粘接固定、在烧成时挥发的有机物，添加混合粘接剂及可塑剂等制作导电性糊料，利用丝网印刷等将其在上述各印制电路基板上印刷成1～40μm的厚度。
在此，通过改变上述有机物和金属粉末之比，可使金属层12的金属充填率发生变化。即，由于上述有机物在烧成时挥发，因而在金属层12中形成有空隙(孔率)。因此，若上述有机物少则金属充填率高，若上述有机物增多则金属充填率变低。作为具体的各金属层12a～12c中的有机物的含量，相对于金属粉末100质量分，金属层12a最好是0.1～10质量分，优选1～5质量分；相对于金属粉末100质量分，低充填金属层12b最好是0.1～50质量分，优选2～10质量分；相对于金属粉末100质量分，高充填金属层12c最好是0～5质量分，优选0～2质量分。
作为上述有机物，只要是烧成时表现出良好的热分解行为的物质即可，并无特别限制，但除了上述举例所示的丙烯酸颗粒之外，最好是改性聚丙烯腈纤维、α-甲基苯乙烯系等树脂。聚丙烯颗粒及树脂颗粒也可以是中空构造。优选聚丙烯颗粒及树脂颗粒的平均粒径为0.01～3μm左右。
另外，将聚丙烯颗粒等有机物添加粘合剂及可塑剂等进行混合制作聚丙烯颗粒糊剂，在构成银-钯等金属层12的金属粉末中添加粘合剂及可塑剂等进行混合制作导电性糊剂，也可以用丝网印刷等将聚丙烯颗粒和导电性糊剂层叠印刷在上述各印制电路基板的上面。由此，能够进行批量生产性更优良的印刷。
接着，层叠多层印刷有导电性糊剂的印制电路基板，在加载压重物的状态下在规定的温度对层叠体实行脱粘合剂，之后，以在金属层形成有空隙的形式通过不加载压重物进行烧成制作出层叠体13。烧成温度最好为900～1200℃，优选900～1000℃。这是由于，若烧成温度在900℃以下，由于烧成温度低而造成烧成不充分，致使难以制作致密的压电体。另外，若烧成温度超过1200℃，则使金属层与压电体之间的粘接强度变大的缘故。
此时，在构成非活性层14的印制电路基板中，添加构成银-钯等金属层12的金属粉末，或者在对非活性层14的局部的印制电路基板进行层叠时，通过将由构成银-钯等金属层12的金属粉末及无机化合物、粘合剂及可塑剂构成的糊膏印刷在印制电路基板上，可使非活性层14与其他部分烧成时收缩行为及收缩率接近，因此可形成致密的层叠体层13。
需要说明的是，层叠体层13并非仅局限于利用上述制造方法来制作，只要可制作交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成的层叠体，就可以使用任意的制造方法来形成。
然后，在层叠型压电元件的侧面交互形成露出端部的金属层12和未露出端部的金属层12，在未露出端部的金属层12和外部电极15之间的压电体部分形成槽，在该槽内形成杨氏模量比压电体层11低的树脂或者橡胶等绝缘体。在此，用内部划线装置等在层叠体13的侧面形成上述槽。
然后，在玻璃粉末中加入粘合剂制作银玻璃导电性糊剂，将其定型为薄板状，将干燥的(使溶剂飞散)薄板的原始密度控制在6～9g/cm3。接着，将该薄板复印在柱状层叠体13的外部电极形成面，通过用比玻璃的软化点高的温度且银的熔点(965℃)以下的温度，而且用层叠体13的烧成温度(℃)的4/5以下的温度进行烧成，使使用银玻璃导电性糊剂制作的薄板中的粘合剂成分飞散消失，可形成由成为三维网眼构造的多孔质导电体构成的外部电极15。
此时，既可以在将构成外部电极15的糊剂层叠在多层薄板之后进行烧成，也可以每层叠一层就进行烧成，而层叠于多层的薄板之后一起进行烧成的方法批量生产性优良。而且，在每一层改变玻璃成分的情况下，只要使用在每个薄板上改变玻璃成分的量的方法即可，而要想在最接近压电体层11的面上构成极薄且玻璃浓的层的情况下，只要用丝网印刷等方法将玻璃浓的糊剂印刷在层叠体13上之后层叠多层的薄板即可。此时，也可以替代印刷而使用5μm以下的薄板。
而基于有效地形成颈口部(晶粒中间细的部分)，使银玻璃导电性糊剂中的银与金属层扩散粘接，另外，基于有效保留外部电极15中的空隙，再者，基于局部粘接外部电极15和柱状层叠体13侧面这一观点，上述银玻璃导电性糊剂的烧成温度优选500～800℃。另外，银玻璃导电性糊剂中的玻璃成分的软化点优选500～800℃。
另一方面，在烧成温度高于800℃的情况下，银玻璃导电性糊剂的银粉末的烧成过度，不能形成成为有效的三维网眼构造的多孔质导电体，造成外部电极15过于致密，其结果是，外部电极15的杨氏模量过高，不能充分吸收驱动时的应力因而有可能造成外部电极15断路。优选的方法是，用玻璃软化点的1.2倍以内的温度进行烧成。另外，在烧成温度低于500℃的情况下，由于在金属层12端部和外部电极15之间不能形成充分的扩散粘接，因而不能形成颈口部，有可能在驱动时在金属层12和外部电极15之间引起火花。
然后，将形成有外部电极15的层叠体13浸渍于硅酮橡胶溶液，同时，通过对硅酮橡胶溶液进行真空脱气，使硅酮橡胶充填于层叠体13的槽槽内，然后从硅酮溶液捞出层叠体13，将硅酮橡胶涂敷于层叠体13的侧面。然后，通过使充填于槽槽内部及涂敷于层叠体13的侧面的上述硅酮橡胶硬化，得到层叠型压电元件。
在将该层叠型压电元件应用于压电驱动器的情况下，将引线连接于外部电极15，通过该引线在成对的外部电极15上施加0.1～3kV/mm的支流电压，通过对层叠体13进行极化处理，得到使用了本发明的层叠型压电元件的压电驱动器。
将该压电驱动器的引线连接于外部的电压供给部，若通过引线及外部电极15对金属层12施加电压，则各压电体层11因反压电效果而发生大的位移，由此，例如作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀发挥功能。另外，该压电驱动器由于具备本发明的层叠型压电元件，因而在高电压、高压力下具有大的位移量，而且即使在长时间连续驱动的情况下也可抑制上述位移量的变化。本发明中的所谓高电压、高压力下，是指对压电驱动器(层叠型压电元件)在室温条件下用1～300Hz的频率施加0～+300V的交流电压的意思。
再者，也可以在外部电极15的外面形成由埋设有金属的网格或者网格状的金属板的导电性粘接剂构成的导电性辅助构件。这种情况下，由于通过在外部电极15的外面设置导电性辅助构件，即使在对驱动器接通大电流用高速驱动时，也可使大电流通过导电性构件，因此，可降低通过外部电极15的电流，因而可防止发生局部发热致使外部电极15断路，进而可大幅提高耐久性。再者，由于在导电性粘接剂中埋设有金属的网格或者网格状的金属板，因而可防止上述导电性粘接剂发生龟裂。所谓的金属网格是指编织金属线，所谓的网格状的金属板是指在金属板上形成孔做成网眼状的意思。
构成上述导电性辅助构件的导电性粘接剂，优选由分散有银粉末的聚酰亚胺树脂构成。即，通过将电阻率低的银粉末分散于耐热性高的聚酰亚胺树脂，即使在高温下使用时，也可形成电阻值低且保持高的粘接强度的导电性辅助构件。
优选上述导电性粒子是鳞片状及针状等非球形的粒子。这是由于，通过将导电性粒子的形状做成鳞片状及针状等非球形的粒子，可加强该导电性粒子之间的聚合度，可进一步提高该导电性粘接剂的抗剪断强度的缘故。
本发明的层叠型压电元件并非仅局限于这些，在不超出本发明的要旨的范围可有各种变更。例如，就上述实施方式而言，虽然以在与层叠体13相对的侧面形成有外部电极15为例进行了说明，但就本发明而言，例如也可以在相邻的侧面形成有一对外部电极15。
(第五实施方式)
下面，参照附图来详细说明本发明的层叠型压电元件的第五实施方式。图8是表示本实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。图9是表示本实施方式的厚型金属层的局部放大剖面图。图10是表示本实施方式的层叠向压电元件的另一种层叠构造的局部放大剖面图。图11是表示本实施方式的层叠型压电元件的另一种层叠构造的局部放大剖面图。图12是用于说明本实施方式的雅典体层的空隙的示意说明图。在图8～图12中，对于与上述的图1～图7的构成相同或者同等的部分添加相同的符号而省略说明。
如图8所示，本实施方式的多个金属层12包含多层厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12d)薄的薄型金属层12e。薄型金属层12e周边的压电体层11由于易于使薄型金属层12e发生变形可吸收压电体位移的局部的应力。由此，使薄型金属层12e周边的压电体层11的位移变小。另外，就厚度比薄型金属层12e厚的下述的厚型金属层12f(参照图9)周边的压电体层而言，由于难以变形的厚型金属层反弹压电体位移的局部的应力，因而使厚型金属层12f周边的压电体层11的位移变大。因此，由于成为位移不同的金属层分散配置于元件内，因而可提高压电元件整体的位移量，同时，由于即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也可缓和因应力集中引起的元件变形的压抑，因而可抑制层叠部分发生的脱层。另外，由于可抑制共振现象，因而还可防止产生节拍声。再者，由于可防止高频信号的发生，因而还可抑制控制信号的噪声。再者，由于通过用印刷等制造方法使金属层12的厚度发生变化，就可不改变压电体层11的厚度制造具有应力缓和效果的元件，因此可作成量产性优良的构成。
多个压电体层11中发生驱动变形的部位是被金属层12所夹持的部分。因此，优选在多个金属层12中隔着压电体层11重叠的部分形成有薄型金属层12e。由此，可有效抑制在压电元件的位移(尺寸变化)相一致时所产生的共振现象。
优选多个薄型金属层12e夹着多层厚度比该薄型金属层12e厚的其它金属层分别配置。本实施方式的其他金属曾是如图8所示的金属层12d和如图9所示的下述的厚型金属层12f。在此，薄型金属层12e的厚度比其它的金属层(金属层12d、厚型金属层12f)薄。因此，由于薄型金属层12e柔软性优于其它的金属层，因而在驱动元件而使压电体层11发生变形时，可使薄型金属层12e自身发生变形以缓和应力(应力缓和效果)。即，薄型金属层12e作为应力缓和层发挥作用。再者，与薄型金属层12e接触的压电体层11上同时存在因施加电压引起的驱动变形和因施加应力引起的变形。薄型金属层12e自身为了缓和应力而发生变形。因此，由于因施加应力引起的变形成为可控制的，且为缓和应力而发生变形，因而减小驱动位移，避免使元件的应力集中于一点。其结果就是制作成耐久性优良、高可靠性的层叠型压电元件。
特别是若夹持多个厚型金属层12f，则由于厚型金属层12f不仅增强了约束与该厚型金属层12f粘接的压电体层11的力，而且不增大厚型金属层12f的变形就可反弹使压电体位移的局部的应力，因而使与厚型金属层12f粘接的压电体层11发生更强的位移。由此，可增大元件的压电位移量。再者，在驱动元件时，由于因上述原因厚型金属层12f自身难以发生变形，因而使施加于元件整体的应力集中在厚型金属层12f附近(应力集中效果)。因此，在元件内设置使应力局部集中的部分，用具有应力缓和效果的薄型金属层12e包围应力集中部位，因而可使元件整体的应力缓和效果极大。
特别是在本实施方式中，优选该多层薄型金属层12e在层叠方向有规则地配置。这是由于，为了使施加于元件整体的应力分散，有规则地配置应力缓和层才有效果的缘故。另外，优选层叠体13的构成为层叠至少三层以上的压电体层11，同时，薄型金属层12e具有按规定的顺序重复配置的部分。
上述所谓的多个薄型金属层12e在层叠方向有规则地配置是这样一个概念，即其包括存在于薄型金属层12e之间的其它的金属层(金属层12d、厚型金属层12f)的层数在任意的薄型金属层12e之间都是相同的情况，同时，还包括在使应力基本均匀地分散在层叠方向的限度内，存在于薄型金属层12e之间的其它的金属层12的层数近似的情况。具体而言，就是存在于薄型金属层12e之间的其它的金属层12的层数，相对于各层数的平均值最好在±20％范围内，优选相对于各层的平均值为±10％范围内，更优选层数都相同。
作为上述其它的金属层的金属层12d是厚度比薄型金属层12e厚的金属层，该金属层12d为主要的金属层。所谓的该主要的金属层，其含义是在金属层12中层数比由具有同等厚度的多层金属层构成的薄型金属层12e及厚型金属层12f多的金属层。优选作为该主要金属层的金属层12d从接近所有金属层的平均厚度起按顺序占到所有金属层数的1/3以上的层数。这是由于对主要的金属层12d所要求的功能是作为驱动层叠型压电元件的电极稳定地发挥功能的，因此，可要求施加于元件的电压均匀地加在各压电体层11以均匀地发生压电位移的缘故。因此，若主要的金属层12d从接近所有金属层的平均厚度起按顺序占到所有金属层数的1/3以上，则由于施加于元件的电压平均地加在各压电体层11，因而可使压电体层11部发生过度不均匀驱动变形，而是使元件作为整体基本均匀地发生启动变形，进而形成具有耐久性的元件。再者，由于与主要的金属层12d粘接在一起的压电体层11不会使应力集中，因而增大了位移量。另外，由于与主要的金属层12d粘接在一起的压电体层11成为应力缓和层，因而可保持元件的驱动位移，同时可避免元件的应力集中在一点。其结果是，位移量变大，同时耐久性优良。
为了使位移的相位一致并提高响应速度，主要金属层12d最好从接近全部金属层的平均厚度起按顺序达到全部金属层数的70％以上，优选80％以上，更优选90％以上，最优选90～99％。若主要的金属层12d在全部金属层数的90％以上，则可得到位移相位一致且高速的响应速度。另一方面，由于若超过99％则使相位完全一致，因而使元件产生节拍声，故而不为优选。
另外，在多个金属层12中，优选主要的金属层12d的层数最多。由此，因为使施加于元件的电压均匀地施加在各压电体层11，而不会使压电体层11发生不均匀的驱动变形，而且使位移的相位一致，因而不仅使元件发生基本均匀的驱动变形、响应速度快，进而形成具有耐久性的层叠型压电元件。
优选主要的金属层12d在金属层12中是厚度最厚的金属层和厚度最薄的金属层以外的金属层。这是由于，驱动中的层叠型压电元件的应力具有施加在位于厚度最厚的金属层12的附近的压电体层11的趋势，因而主要的金属层12d若在最厚的金属层之外，则可做成在金属层12d和与此粘接的压电体层11之间牢固粘接的、耐久性高的层叠型压电元件。再者，由于与厚度薄的金属层12粘接的压电体层11的元件位移小，因而若主要的金属层12d在厚度最薄的金属层以外，则不能使层叠型压电元件的位移变得过小。即，通过将主要的金属层12d做成在所有的金属层12中厚度最厚的金属层和厚度最薄的金属层以外，就可制作成驱动位移大、具有耐久性的层叠型压电元件。再者，由于通过使金属层12的厚度发生变化可控制压电体层11的位移的大小，因而不必改变压电体层11的厚度，批量生产性优良。
如图9所示，优选多个金属层12包含多层厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12d)厚的金属层12f。由此，由于在驱动元件而使压电体层11发生变形时，不仅厚型金属层12f约束与该厚型金属层12f相接的压电体层11的力强，而且不使金属层12f发生变形就反弹压电体位移的局部的应力，因而可使与该后型金属层12f相接的压电体层11发生更强的位移，增加元件的压电位移量。再者，由于在驱动元件时因上述原因厚型金属层12f自身不发生变形，因而使施加于元件的应力集中于厚型金属层12f附近(应力集中效果)。因此，若将这样的厚型金属层配置于元件内，则不会使应力集中于一点而是可使该应力分散，进而制成耐久性优良、高可靠性的层叠型压电元件。
需要说明的是，多个压电体层11中发生驱动变形的部位是被金属层12所夹持的部分，因此，优选在多个金属层12中隔着压电体层11重叠的部分形成厚型金属层12f。由此，可提高使施加于元件整体的应力集中在厚型金属层12f附近的效果。
特别是若夹持多层薄型金属层12e，则由于薄型金属层12e的柔软性比其它的金属层优良，因而在驱动元件使压电体层11发生变形时，可使薄型金属层12e自身发生变形以缓和该应力(应力缓和效果)。即，薄型金属层12e作为应力缓和层发挥作用。再者，与薄型压电体层12e相接的压电体层11同时存在因施加电压而发生的驱动变形和因施加应力而发生的变形，但由于为了使用于缓和应力的薄型金属层12e自身发生变形，使因施加应力的变形成为可控制的、并为了缓和应力而发生变形，因而可使驱动位移变小进而避免元件的应力集中在一点。因此，由于在元件内设置有局部性集中应力的部分，并用应力集中部位包围具有应力缓和高价的薄型金属层12e，因而可使元件整体的引力缓和的效果极强且驱动转矩大。
特别是在本实施方式中，优选该多层厚型金属层12f在层叠方向有规则地配置。这是由于，在使施加于元件整体的应力分散时，有规则地配置应力缓和层更有效的缘故。另外，由于层叠体13至少层叠三层以上的压电体层11而成，同时，厚型金属层12f具有安顺序重复配置的部分。
所谓的上述多层厚型金属层12f在层叠方向有规则地配置是这样一个概念，即其包括存在于厚型金属层12f之间的其它的金属层(金属层12d、薄型金属层12e)的层数在任意的厚型金属层12f之间都是相同的情况，同时，还包括在使应力基本均匀地分散在层叠方向的限度内，存在于厚型金属层12f之间的其它的金属层12的层数近似的情况。具体而言，就是存在于厚型金属层12f之间的其它的金属层12的层数，相对于各层数的平均值最好在±20％范围内，优选相对于各层的平均值为±10％范围内，更优选层数都相同。
厚型金属层12f是厚度比薄型金属层12e及主要的金属层12d厚的金属层，即，主要的金属层12d、薄型金属层12e及厚型金属层12f的各个厚度具有下述关系，即，厚型金属层12f＞主要的金属层12d＞薄型金属层12e。由此，因为主要的金属层12d在所有的金属层12中就成了厚度最厚的金属层及厚度最薄的金属层以外的金属层，因而可制作驱动位移大、具有耐久性的层叠型压电元件。另外，就成为确保将位移不同的金属层12配置于元件内。即，使薄型金属层12e周边的压电体层11的位移变小，使厚型金属层12f周边的压电体层11的位移变大。其结果是，可更有效地得到因将位移不同的金属层配置于元件内所产生的效果。
具体而言之，就是在设除了薄型金属层12e及厚型金属层12f之外的其它的金属层(即主要的金属层12d)的厚度为X2、设薄型金属层12e的厚度为Y2时，厚度之比(Y2/X2)最好在0.1～0.9的范围，优选在0.3～0.9的范围，更优选在0.5～0.8的范围。由此可更确实地得到薄型金属层12e的应力缓和效果，同时，可保持元件形状(可防止过度降低元件的机械强度)。特别是若上述比(Y2/X2)为0.3～0.9，则由于与薄型金属层12e相邻的压电体层11也发生位移驱动，因而可制成元件的位移大、耐久性高的层叠型压电元件。再者，若上述比(Y2/X2)为0.5～0.8，则可制成元件的位移更大、耐久性高的层叠型压电元件。上述X2及Y2的具体的数值可根据金属层12的组成等任意设定，并无特别限制，但通常X2最好为0.1～100μm，优选0.5～10μm，更优选1～5μm；Y2最好为0.05～100μm，优选0.1～10μm，更优选0.5～5μm；优选X2及Y2在该范围内并满足上述比(Y2/X2)。
另一方面，若上述比(Y2/X2)小于0.1，则由于薄型金属层12e的应力缓和效果变得过强，则因为每逢驱动元件薄型金属层12e都发生很大的位移，或者因金属疲劳造成断裂，或者在与外部电极15的界面上产生龟裂，有可能使耐久性变差，若大于0.9，则有可能降低薄型金属层12e的应力缓和效果，并出现应力集中于一点的部位进而有可能降低元件的耐久性。
另外，在设除了薄型金属层12e及厚型金属层12f之外的其它的金属层(即主要的金属层12d)的厚度为X2、设厚型金属层12f的厚度为Z2时，厚度之比(Z2/X2)最好在1.05～2的范围，优选在1.05～1.5的范围，更优选在1.1～1.2的范围。由此可更确实地得到厚型金属层12f的应力集中效果，同时，可保持元件形状。特别是若上述比(Z2/X2)为1.05～1.5，则由于与厚型金属层12f相邻的压电体层11h和与主要的金属层12d相邻的压电体层11也发生几乎同样的位移驱动，因而可制成耐久性高的层叠型压电元件。另外，若上述比(Z2/X2)为1.1～1.2，则可制成元件的位移更大、耐久性高的层叠型压电元件。上述X2及Z2的具体的数值与上述比(Y2/X2)中的X2及Y2一样，可根据金属层12的组成等任意设定，并无特别限制，但通常X2最好为0.1～100μm，优选0.5～10μm，更优选1～5μm；Z2最好为0.1～200μm，优选0.5～15μm，更优选1～10μm。
另一方面，若上述比(Z2/X2)大于2，则有可能使应力集中于厚型金属层12f，造成厚型金属层12f和压电体层11之间的界面剥离，使层叠体发生脱层；若小于1.05，则有可能降厚薄型金属层12f的应力集中效果，并出现应力集中于一点的部位进而有可能降低元件的耐久性。
另外，优选以基本相同的厚度来形成主要的金属层12d。由此，在进一步增大位移的同时，也加快了相应速度、提高耐久耐久性。另外，还优选薄型金属层12e及厚型金属层在同一层中的厚度基本相同。这是由于在施加有相反极性的电压的金属层内，若在隔着压电体层11重合的金属层部分同一个层中的厚度基本一样，则可抑制在使元件的尺寸变化即位移相一致的情况下所产生的共振现象的缘故。
另一方面，若在薄型金属层12e内存在局部薄的部分，则在为了元件驱动变形时缓和应力而使薄型金属层12e发生变形时，应力将集中于局部薄的部分。因此，在连续使用的情况下，将出现异常发热，故而极不理想。另外，在厚型金属层12f内存在局部厚的部分及薄的部分的情况下，在元件驱动变形时应力将之中在局部厚的部分及薄的部分，在连续使用的情况下将出现异常发热，故而不为优选。
在此，所谓的金属层(金属层12d～12f)的厚度是指在沿着层叠方向切开层叠型压电元件的面上测量得到的值。具体而言，就是在该切开剖面上用扫描性电子显微镜(SEM)及金属显微镜等观察金属层12时，所弄清的金属成分及由空隙、陶瓷等金属成分以外的要素构成的情况。因此，在任意的一层金属层的剖面上，在以金属为主成分的层中选择任意的五个部位，测量可用任意的两条平行线夹持的厚度，将其平均值作为金属层厚度。这样，通过测量金属层12d、薄型金属层12e及厚型金属层12f的厚度，就可得到各金属层12d～12f的厚度。
如图10所示，本实施方式中，优选厚度比主要的金属层12d厚的厚型金属层12f和厚度比主要的金属层12d薄的金属层12e隔着压电体层11相对配置。由此，通过使元件驱动中的应力集中于厚型金属层12f以分散施加于元件的应力，再在汇聚应力的金属层的隔壁配置作为应力缓和层的薄型金属层12e，就可有效地分散缓和施加于元件的应力。
特别是如图11所示，相对于薄型金属层12e，优选在层叠方向相邻的两侧的金属层为厚型金属层12f。由此，通过使元件驱动过程中的应力集中于厚型金属层12f以分散施加于元件的应力，再将作为应力缓和层的薄型金属层配置于汇聚应力的金属层的隔壁，可分散缓和施加于元件的应力。另外，若用汇聚应力的层即厚型金属层12f夹持作为应力缓和层的薄型金属层12e，则可将应力关在薄型金属层12e内，分散缓和元件整体的应力。其结果是，在将该元件应用于压电驱动器的情况下，可提供一种耐久性优良、高可靠性的压电驱动器。需要说明的是，由于受夹持的薄型金属层12e的层数少的一方更能实现将应力圈在里面的效果，因而该层数为一层最为合适。
另外，优选在层叠体13的层叠方向按照薄型金属层12e、厚型金属层12f、主要的金属层12d的顺序在其之间分别隔着压电体层11来配置，而且主要的金属层12d按照厚度的厚的顺序进行层叠。由此，通过使元件驱动过程中的应力集中于厚型金属层12f以分散施加于元件的应力，在通过将作为应力缓和层的薄型金属层12e与汇集应力的金属层相邻配置，不仅可分散缓和施加于元件的应力，而且通过使主要的金属层12d按照厚度厚的顺序来配置，可慢慢分散汇集于厚型金属层12f的应力，同时由于通过增加厚度可增大相邻的压电体层11的位移量，因而可制作位移大、耐久性优良、高可靠性的层叠型压电元件。
优选在对多层金属层12的厚度进行比较时，在厚型金属层12f的厚度上具有最高值，从该厚型金属层12f起在层叠方向穿过两层以上，优选穿过2～5层以上的金属层具有厚度逐渐减少的倾斜区域。由此，元件驱动过程中的应力集中在厚型金属层12f，但如果具有规定的倾斜区域，则可使集中于该厚型金属层12f的应力逐渐分散。
如图12所示，优选金属层12具有规定的空隙(孔率)12d′、12e′、12f′。特别是在主要的金属层12d上设置有空隙(孔率)12d′，相对于该金属层12d的剖面中的整个界面面积的空隙(孔率)12d′所占据的面积比(空隙率)最好为5～70％，优选7～70％，更优选10～60％。由此，由于位移量变到，可得到位移量优良的层叠型压电元件。特别是，若上述的空隙率为7～70％或者10～60％，则可使压电体层11更顺滑地变形，同时，由于金属层12的导电性非常充足，因而可增大层叠型压电元件的位移量。
另一方面，若上述空隙率小于5％，则由于在施加电压使压电体层11发生形变时压电体受到金属层12束缚，抑制压电体层11的变形，进而使层叠型压电元件的变形量变小，使所发生的内部应力也变大，因而有可能对耐久性也带来不利的影响。另外，若上述空隙率大于70％，则由于在电极部分产生极细的部分，因而有可能降低金属层12自身的强度、在金属层12上易于产生龟裂、发生断路等。
特别是若薄型金属层12e主要由金属和空隙构成，则可形成耐久性更高的层叠型压电元件。即，如图12e所示，优选薄型金属层12e由在隔着空隙(孔率)12e′彼此隔离的状态下配置的多个局部金属层构成。由此，与薄型金属层12e相接的压电体层11若与金属层中空隙(孔率)12e′等未被金属充填的部分相接，则该部分的压电在对元件施加电压也不发生位移，而在驱动过程中若施加压力则发生变形以缓和应力(应力缓和效果)。即，由局部金属层构成的薄型金属层12e作为应力缓和层发挥作用。因此，可使与该金属层相接的压电体层11的驱动位移变小、避免元件的应力集中于一点。其结果是，可制作耐久性优良的高可靠性的压电元件。
具体而言之，优选与薄型金属层12的截面的总截面面积相对的空隙(孔率)12e′所占的面积比(空隙率)为20～90％。由此可得到位移量更大、位移量优良的层叠型压电元件。
而在本实施方式中也优选金属层12以选自元素周期表第8～11族元素中的金属为主成分。再者，设金属层12中的元素周期表第8～10族元素的含量为M1(质量％)，设元素周期表第11族元素的含量为M2(质量％)时，优选以满足下述关系，即0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属为主成分。
特别是在薄型金属层12e缓和应力时，所谓的缓和所施加的应力是指将所施加的动能转换为热能以释放应力，使应力缓和部分保持热量。若压电体的温度上升，则使压电位移的力变小，一旦温度上升到居里点，则即使进行冷却也变得无极化的效果从而影响压电位移的力变大。因此，若薄型金属层12e可具有散热器的作用，则能将热量从应力缓和部分排到元件的外侧。
在此，通过使用本实施方式的组成的金属，从而可增大热量的散逸效果，且可长时间高耐久性地维持应力缓和效果。特别是在高浓度地含有热传导性高的银的组成中，热量的逸散效果最强，再者即使发生氧化也不降低热的传导率，而且由于也不降低电传导特性，因而可制作极高的耐久性的应力缓和层。
另外，上述之外的构成由于与在上面做了说明的第一～第四实施方式同样，所以说明从略。
(第六实施方式)
下面，参照附图来说明本发明的层叠型压电元件的第六实施方式。图13是表示本法实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图，而在图13上，对与上述的图1～图12的构成相同或者同等的部分添加相同的符号而说明从略。如图13所示，本实施方式的层叠型压电元件与在上面做了说明的实施方式一样，都是交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成。
在此，多层金属层12包含厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层(12d)厚的金属层12f。由于这样的构成也可使厚型金属层12f周边的压电体层11的位移变大，使厚度比厚型金属层12f薄的薄型金属层12d周边的压电体层11的位移变小，形成将位移不同的金属层配置于元件内的构成，因而可达到与在上述作了说明的实施方式相同的效果。
本实施方式的多层厚型金属层12f与在上面做了说明的第五实施方式一样，优选隔着多个厚度比该厚型金属层12f薄的其它金属层(即主要的金属层12d、薄型金属层12e)分别配制。另外，优选在层叠方向有规则地配置多层厚型金属层12f。再者，优选多层金属层12包含多层厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层薄的薄型金属层12e。
另外，在上面做了说明的以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第五实施方式同样，所以说明从略。
(第七实施方式)
下面说明本发明的层叠型压电元件的第七实施方式。本实施方式的层叠型压电元件，是交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成，在层叠方向的两端形成有由压电体层构成的非活性层14，与该非活性层14相邻的金属层12的厚度是比在层叠方向相邻的金属层12的厚度薄的薄型金属层(薄型金属层12e)。由此，可避免元件的应力集中于一点。其原因可推测为下述的原因。
即，由于即使施加电压也不会使未被电极完全隔着的非活性层发生驱动变形，因而由于以与非活性层14相邻的金属层12为界相接有发生驱动变形的部分和未发生驱动变形的部分，因而使应力集中于该界限内。此时，若金属层为相同的厚度，则由于应力集中于该界限内，因而在高电压、高压力下长时间连续驱动层叠型压电元件的情况下，有可能造成脱层。
因此，若使与非活性金属层14相邻的金属层12的厚度形成比与在层叠方向相邻的金属层12的厚度薄的薄型金属层(薄型金属层12e)，则由于薄型金属层12e的柔软性优于其它的金属层，因而在因驱动元件而使压电体层11发生变形之际，可使薄型金属层12e自身发生变形来缓和应力(应力缓和效果)。再者，因为与薄型金属层12e相接的非活性层14由压电材料形成，因而可通过施加应力发生变形而缓和应力。即，薄型金属层12e和非活性层14产生出应力缓和效果的几何相加作用。在此基础上，由于薄型金属层12e自身发生变形，所以被与薄型金属层12e相邻的金属层12夹持的压电体层11同时存在因施加电压而发生的驱动变形和因施加应力而发生的变形，但由于为了缓和应力使薄型金属层12e自身发生变形，因而可控制因印施加应力而发生的变形，使其为缓和应力而发生变形。因此，可使驱动位移变小，避免元件的应力集中于一点。
再者，优选相对于薄型金属层12e在层叠方向相邻的金属层为厚型金属层12f。由此，通过使元件驱动过程中的应力集中于厚型金属层12f进而使施加于元件的应力分散，并将作为应力缓和层的薄型金属层12e与汇集应力的金属层相邻而配置，就可在端部分散缓和施加于元件的应力。另外，若用作为汇集应力的层的厚型金属层12f和非活性层14夹持作为应力缓和层的薄型金属层12e，则可将应力圈在薄型金属层12e中以分散缓和元件整体的应力。其结果是，在将该元件应用于压电驱动器时，可提供一种耐久性优良的高可靠性的压电驱动器。
特别是，现在，在形成层叠数例如少于50层的层叠数的层叠型压电元件的情况下，使非活性层14近旁的压电体层11的层厚越靠近非活性层14厚度越大，以抑制变形量进而抑制应力集中于界限内。因此，为了形成压电体层11就要预先准备数种类型的厚度的压电薄板以进行层叠，形成成本高的制品，但通过只是将与非活性层14相邻的金属层12形成比在层叠方向相邻的金属层12的厚度薄的薄型金属层(薄型金属层12e)，就可做成具有低成本且高耐久性的层叠型压电元件。再者，通过将与两端部的非活性层14相邻的金属层12的厚度形成比在层叠方向相邻的金属层12的厚度薄的薄型金属层(薄型金属层12e)，可以制作具有更低成本且更高耐久性的层叠型压电元件。
另一方面，由于在层叠数多的层叠型压电元件中，还包含厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层(金属层12d)薄的薄型金属层12e，所以由于薄型金属层12e周边的压电体层可通过使薄型金属层容易变形以吸收压电体位移的局部的应力，因而使周边的压电体层的位移变小成为将位移不同的金属层分散于元件内配置。因此，由于即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动也可缓和因应力集中而造成的元件应力的压抑，因而可抑制在层叠部分所产生的脱层。另外，由于可抑制共振现象，因而可防止产生节拍声。再者由于可防止发生高频信号，因而可抑制控制信号的噪声。
另外，在上面做了说明的以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第六实施方式同样，所以说明从略。
(第八实施方式)
下面说明本发明的层叠型压电元件的第八实施方式。本实施方式的层叠型压电元件，是交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12而成，在层叠方向的两端形成有由压电体层构成的非活性层14，与该非活性层14邻接的金属层12的厚度是比在层叠方向相邻的金属层12的厚度厚的厚型金属层(薄型金属层12f)。由此，可形成耐久性优良的高可靠性的层叠型压电元件。其原因可推测为下述的原因。
即，由于即使施加电压也不会使未被电极完全隔着的非活性层发生驱动变形，因而由于以与非活性层14相邻的金属层12为界相接有发生驱动变形的部分和未发生驱动变形的部分，因而使应力集中于该界限内。此时，若金属层为相同的厚度，则由于应力集中于该界限内，因而在高电压、高压力下长时间连续驱动层叠型压电元件的情况下，有可能造成脱层。
因此，若将与非活性金属层14邻接的金属层12的厚度形成比与在层叠方向相邻的金属层12的厚度厚的厚型金属层(厚型金属层12f)，则由于在因驱动元件而使压电体层11发生变形之际，因为厚型金属层12f约束与厚型金属层12f接触得压电体层11和约束与厚型金属层12f接触的非活性层14的力都强，因而由于使厚型金属层不发生变形来反弹压电体位移的局部的应力，所以与该厚型金属层12f接触的压电体层11因发生更强的位移，因而可增加元件的压电位移量。
再者，由于在驱动元件时因上述原因厚型金属层12f自身不发生变形，所以使施加于元件整体的应力集中于厚型金属层12f近旁(应力集中效果)。因此若将这样的厚型金属层12f配置于元件驱动部分的端部，则可使应力不集中于元件的驱动部分而是分散于元件的端部，进而形成耐久性优良的高可靠性的层叠型压电元件。
特别是，现在，在形成层叠数例如少于50层的层叠数的层叠型压电元件的情况下，使非活性层14近旁的压电体层11的层厚越靠近非活性层14厚度越大，以抑制变形量进而抑制应力集中于界限内。因此，为了形成压电体层11就要预先准备数种类型的厚度的压电薄板以进行层叠，形成成本高的制品，但通过只是将与非活性层14相邻的金属层12做成比在层叠方向相邻的金属层12的厚度厚的厚型金属层(厚型金属层12f)，就可形成具有低成本且高耐久性的层叠型压电元件。再者，通过将与两端部的非活性层14相邻的金属层12的厚度做成比在层叠方向相邻的金属层12的厚度薄的薄型金属层(薄型金属层12e)，可以制作具有更低成本且更高耐久性的层叠型压电元件。
另外，在上面做了说明的以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第七实施方式同样，所以省略说明。
下面来说明在上面做了说明的第一～第八实施方式的层叠型压电元件的制造方法。
首先，与第一～第四实施方式一样，制作多层作为压电体层11的陶瓷印制电路基板。然后，在例如构成银-钯合金等金属层12的金属粉末中添加混合粘合剂及可塑剂等，制作了导电性糊剂，利用丝网印刷等将其在上述各印制电路基板的上面印刷成1～40μm的厚度。
在此，可改变上述粘合剂及可塑剂等和上述金属粉末之比、可改变用于丝网印刷的丝网的网眼的度数、可改变形成丝网的图形的抗蚀剂厚度、可改变金属层12的厚度。其中，尤其是通过改变抗蚀剂厚度，即使使用单一的导电性糊剂也可形成不同厚度的金属层12。或者，即使是单一的制版、单一的导电性糊剂的情况，也可通过在同一个部位重复印刷形成厚的金属层12。
另外，在金属层12上形成空隙(孔率)时，只要制作使上述金属粉末中包含在丙烯酸颗粒等干燥时粘接固定、在烧成时挥发的有机物的导电性糊剂即可。为了使金属层12的空隙率达到规定的值，例如可列举改变上述有机物和金属粉末之比的方法。即，由于通过使上述有机物在烧成时挥发可在金属层12中形成空隙(孔率)，因而若上述有机物少则空隙率低，若上述有机物多则空隙率高。作为具体到各金属层12d～12f中的有机物的含量，相对于金属粉末100质量分，金属层12d最好为0.1～10质量分，优选1～5质量分；相对于金属粉末100质量分，薄形金属层12e最好为0.1～50质量分，优选2～10质量分；相对于金属粉末100质量分，厚形金属层12f最好为0.01～5质量分，优选0.1～2质量分。作为上述有机物可列举与如在℃例示的相同的有机物。
接着，层叠多层印刷有导电性糊剂的印制电路基板，在加载压重物的状态下用规定的温度对该层叠体进行脱粘接剂，之后，通过以使金属层12的厚度达到规定的厚度的形式不加载压重物进行烧成制作层叠体13。烧成温度最好为900～1200℃，优选900～1000℃。这是由于若烧成温度在900℃以下，则由于烧成温度低致使烧成不充分，进而难以制作致密的压电体。另外，若烧成温度超过1200℃，则在1200℃以上接合热膨胀系数不同的压电体层11和金属层12之后，或者使因冷却而产生的层间的应力变大，或者使压电体洁净粒子生长为异常粒子，从而存在电极材料达到熔点以上发生熔融的问题。
然后，交互形成在层叠型压电体元件的侧面端部露出的金属层12和端部未露出的金属层12，在端部未露出的金属层12和外部电极15之间的压电体部分形成槽，在该槽内形成杨氏模量比压电体层11低的树脂或者橡胶等绝缘体。在此，上述槽用通过内部划线装置等形成于层叠体13的侧面。
然后，与第一～第四实施方式一样来形成外部电极15，而且将形成有外部电极15的层叠体13做成与第一～第四实施方式一样，使硅酮橡胶充填于层叠体13的槽内部。其后，通过使充填于槽内部及涂敷于层叠体13的侧面的上述硅酮橡胶硬化，得到层叠型压电元件。
在将该层叠型压电元件应用于压电驱动器时，通过在外部电极15上连接引线，经由该引线对一对外部电极15施加0.1～3kV/mm的直流电压对层叠体13进行极化处理，就可得到使用了本发明的层叠型压电元件的压电驱动器。另外，在上面做了说明的以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第四实施方式同样，所以说明从略。
(第九实施方式)
下面，参照附图来说明本发明的层叠型压电元件的第九实施方式。图14是表示本实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。而在图14上，对于与上述的图1～图13的构成相同或者同等的部分添加相同的符号而省略说明。
如图14所示，本实施方式的层叠型压电元件，多层金属层12以合金为主成分，其包含多层构成和金的一种成分的比率比在层叠方向相邻的两侧的金属层12g高的高比率金属层12h。即，由于可利用组成自如地改变合金的软度(硬度)，因而通过将多层的金属层12中的一部分做成高比率金属层12h，可在局部配置软度不同的金属层。由此，由于可分散施加于压电元件的应力，因而可缓和因应力集中造成的元件变形的压抑，使元件整体的位移变大。另外，可抑制因元件的变形造成的应力集中，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也可抑制在层叠界面因发生脱层造成破损。
如上所述，本实施方式中的“高比率金属层12h”是构成合金的一种成分的比率(例如，构成银钯合金的银的比率)比在层叠方向相邻的两侧的金属层12g高的金属层。高比率金属层12h中的一种成分的比率B的设定只要比与此相邻的两侧的金属层12g中的一种成分的比率A高即可(B＞A)，但其设定优选比率B比比率A高0.1质量％以上，更优选高0.5～10质量％，最优选高1～3质量％。在规定比率B比比率A高0.1质量％以上时，可得到很高的使施加于元件的应力分散的效果，特别是在比率B比比率A高0.5质量％以上时该效果更高。另一方面，若将比率B在比比率A高出10质量％的范围内高范围地设定时，由于高比率金属层12h的热膨胀系数与相邻的两侧的金属层12g的热膨胀系数不同，从而有可能造成在压电体层与金属层之间的热膨胀系数之差而引起的应力产生分布而产生应力集中于元件内的部位。
另外，本实施方式的层叠型压电元件中，发生驱动变形的区域，是压电体层11中隔着压电体层11配置于该压电体层11的两侧的主面上的金属层在层叠方向重合的区域。因此为了得到本实施方式的效果，只要在隔着压电体层11在层叠方向相重合的区域，高比率金属层12h中的一种成分的比率B及金属层12g中的一种成分的比率A满足上述关系即可。由此，由于可缓和因应力集中而造成的元件变形的压抑，因而可提高压电元件整体的位移量。另外，由于可抑制因压电元件的变形而造成的应力集中，因而即使在高电压、高压力条件下长时间连续驱动的情况下，也可抑制层叠部分的脱层。再者，由于可抑制在使压电元件的位移(尺寸变化)相一致时所产生的共振现象，因而不仅可防止发生节拍声，而且可防止发生高频信号。由此，可抑制控制信号的噪声。再者，由于通过配置多层高比率金属层12h，可控制层叠型压电元件13的位移的大小，因而不必改变压电体层11的厚度，就可在批量生产上形成有效的构造。
金属层12的合金组成可通过下面所述的形式进行测量。即，使金属层露出，通过沿金属层12和压电体层11的界面切断层叠体13，提取金属层12的一部分，进行ICP(电感耦合等离子体)发光分析等化学分析来测量。另外，也可以使用EPMA(Electron Probe Micro Analysis)法等分析方法来分析沿层叠方向切断层叠型压电元件的截面。若在层叠型压电元件的切断面上用SEM(扫描型电子显微镜)及金属显微镜观察金属层，则通常不仅包含金属成分而且还包含空隙及陶瓷成分等金属以外的要素。在这样的情况下，只要利用EPMA等方法来分析只是由金属构成的部分即可。由此，可特定高比率金属层12h及其之外的金属层12g的合金比率。
另外，多个高比率金属层12h隔着一层或者多层该高比率金属层12h以外的其他金属层12g分别配置。例如在构成金属层12的合金为银钯、上述一种成分为银的情况下，因下述的原因，优选多层高比率金属层12h隔着多层该高比率金属层12h以外的其他金属层12g分别配置。即，若一层一层交互地连续配置高比率金属层12h与其它的金属层12g，则其优点在于，使层叠型压电元件13内部的应力相对于所有的金属层12均匀地分散。另一方面，由于与其它的金属层12g相比较，高比率金属层12h发生银比率高而使层自身柔软，因而若高比率金属层12h以与其它的金属层12g同样程度的层数存在，则有使缓和驱动位移的作用变大。降低驱动位移量的趋势。因此，通过隔着多层高比率金属层以外的其它的金属层12g分别配置多层高比率金属层12h，可在被多层其它金属层12g夹持的部分提高压电位移。再者，在多层高比率金属层12h部分可得到应力缓和效果。由此，不仅可提高元件整体的位移，而且可抑制因元件的变形造成的应力集中，即使在高电压、高压力条件下长时间连续驱动时离层叠部分也不会剥。
另外，由于构成金属层12的合金以化学周期表第8～10族元素金属和/或11族金属为主成分，因而同时烧成压电体层和金属层就成为可能，不仅可牢固地结合粘接面，而且由于使元件发生位移，即使应力施加于金属层，金属层自身也可伸缩，所以，不能使应力集中于一点，进而可提供一种耐久性优良的高可靠性的压电驱动器。
特别是优选构成金属层12的合金为银钯合金，上述一种成分为银。这是由于，不仅在氧化环境中进行烧成可得到层叠型压电元件13，而且由于银与钯都是全率固溶的金属，因而不可能穿过金属层一面形成不稳定的金属间化合物，而是有可能形成具有应力缓和效果的柔软的高比率金属层12h。特别是，由于作为高比率成分的金属为银，因而在烧成层叠型压电元件时，陶瓷的液相成分中固溶有银，进而有可能降低液相形成温度进行烧成。由此，可加强金属层12与压电体层11之间的相互结合力。再者，通过进行合金化，就有可能形成抗迁移性比单元素强的金属层12，进而可制作具有耐久性的层叠型压电元件。
优选有规则地配置多层高比率金属层12h，若是不规则地配置，则施加于层叠型压电元件整体的应力有可能集中在高比率金属层之间的间隔宽的部分，不能充分得到应力分散的效果。通过有规则地配置高比率金属层12h，可使施加于层叠型压电元件的应力有效地分散。在此，本实施方式中所谓的“有规则地配置高比率金属层”这一概念包含下述两层含义，即，包含存在于高比率金属层12h之间的其他的金属层12g的层数在所有的高比率金属层12h之间都是相同的情况，以及在不使应力集中于局部的限度内，存在于高比率金属层12h之间的其他的金属层12g的层数相近的情况。具体而言，就是存在于高比率金属层12h之间的其他的金属层12g的层数，优选相对于各层数的平均值为±20％的范围，更优选相对于各层数的平均值为±10％的范围。由于存在于高比率金属层12h之间的其他的金属层12g的层数在上述范围内，因而可更有效地分散施加于层叠型压电元件的应力。
优选规定高比率金属层12h与压电体层11之间的密合力低于高比率金属层以外的其它金属层12g与压电体11之间的密合力。由此，由于高比率金属层12h的密合力比其它的金属层12g低，因而在应力施加于层叠型压电元件时，可使密合力弱的高比率金属层12h发生变形以缓和应力。另外，由于使与密合力弱的高比率金属层12h接触的压电体层11与该高比率金属层12h的接触面积变小，因而可减小约束压电体11的力。由此，由于可缓和施加于层叠型压电元件的应力，同时可避免应力集中于一点，进而可制作耐久性优良的层叠型压电元件。
优选规定高比率金属层12h的维氏硬度(Hv)低于其它的金属层12g。由于高比率金属层12h的维氏硬度(Hv)低于其它的金属层12g，即将高比率金属层12h形成比其它的金属层12g柔软的金属层，因而在驱动压电元件时，高比率金属层12h约束与其接触的压电体层11的力变弱，从而有可能提高压电体层11的位移。因此，可制作耐久性高、位移大的层叠型压电元件。
就本实施方式的层叠型压电元件而言，由于金属层12的层叠方向的厚度薄，因而以下面的形式来测量金属层12的维氏硬度。即，在测量维氏硬度时，例如使用明石制造公司制造的MVK-H3型等微维氏硬度测量仪。在测量金属层12的维氏硬度时，可在金属层12与压电体层11的界面附近切断层叠型压电元件，在金属层12的局部插入金刚石压头来测量，但为了不受基底压电体层11的影响，优选从垂直于金属层12的层叠方向对金属层12插入金刚石压头。在金属层12从压电元件的侧面露出的情况下，以金刚石压头与金属层12的层叠方向相垂直的形式设置层叠型压电元件，将金刚石压头直接压入金属层12来测量硬度。
另一方面，在金属层12未从压电元件的侧面露出的情况下，研磨元件直到看见金属层12，之后，以与上述同样的形式来测量硬度。为了使金属层露出来，除上述研磨外，还可考虑用小块切割机切断及晶格滑移等的利用，但只要是不产生裂缝等并可形成平坦面的方法，就不对方法做特别限制。
另外，在两层高比率金属层12h之间配置有多层该高比率金属层以外的其它的金属层12g，由该其它金属层组成的组中，优选构成合金的一种成分的浓度具有从高比率金属层侧起逐渐减少的倾斜浓度区域。由于存在这样的倾斜浓度区域，因而层叠型压电元件的应力不仅集中于高比率金属层12h，而且可使应力分散在其近旁的金属层12g(倾斜浓度区域的金属层12g)，从而可制作耐久性更高的层叠型压电元件。再者，在所有的高比率金属层12h之间存在上述倾斜浓度区域，还可提高耐久性，故而优选。
另一方面，若构成合金的一种成分的比率在高比率金属层12h和与此相邻的金属层12g极不相同，则有可能使应力变得易于集中在作为应力缓和层的高比率金属层12h。
本实施方式中，与在上面做了说明的实施方式一样，优选金属层12具有多个空隙。特别是，优选将空隙设置于高比率金属层以外的其它金属层12g，与该金属层的截面的总截面面积相对的空隙所占的面积比为5～70％。这是由于，相对于高比率金属层以外的其它金属层12g的面积，若使空隙占5～70％，则可增大位移量，进而得到位移特性优良的层叠型压电元件的缘故。
另一方面，若其它的金属层12g的空隙率小于5％，则在施加电场压电体层11发生变形时，有可能受到金属层12g很大的约束力，进而抑制了压电体层11的变形，使层叠型压电元件的位移量变小，而使所产生的内部应力变大。另外，若其它的金属层12g的空隙率大于70％，则由于在电极部分产生极细的部分，因而有可能降低金属层自身的强度、易于在金属层12g产生裂缝、发生断路等。空隙率优选7～70％，更优选10～60％。这样，由于可使压电体层11更平稳地变形，同时，金属层12具有充分的导电性，因而可增大层叠型压电元件的位移量。
另外，优选与高比率金属层12h的截面的总截面面积相对的空隙所占的面积比为20～90％。这是由于，相对于高比率金属层12h的面积，若空隙占20～90％，则可进一步增加位移量，进而可得到位移量优良的层叠型压电元件的缘故。
另外，若金属层12主要由金属和空隙构成，则由于不论是金属还是空隙都有可能相对于应力发生变形，因而可得到耐久性更高的层叠型压电元件。特别是，若比高比率金属层以外的其它金属层12g高的高比率金属层12h主要由金属和空隙构成，则由于不论是金属还是空隙都有可能相对于应力发生变形，因而可提高应力缓和效果，进而可得到耐久性更高的层叠型压电元件。
优选高比率金属层12h为分布有多个合金的状态。即，高比率金属层12h的构成最好是呈岛状分布有多个导体区域。由于高比率金属层12h为分布有多个导体区域的状态，因而由于即使层叠型压电元件13的应力施加于金属层12，也可抑制在高比率金属层12h内的应力传播，即使在高比率金属层12h的内部也不会产生应力特别集中的部位，因而可兼得应力缓和与耐久性。
另一方面，在高比率金属层12h由连续的一层构成的情况下，在层叠型压电元件13的应力集中于高比率金属层12h时，在与压电体层11的界面内，其应力传播集中于面向压电元件的侧面的部分，因此有可能产生应力特别集中的部位。
另外，在本实施方式，设金属层12中的钯的含量为M1(质量％)，设银的含量为M2(质量％)时，也优选以满足下述关系，即0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分。
下面，来说明第九实施方式的层叠型压电元件的制造方法。
首先，与第一～第八实施方式一样，制作多层作为压电体层11的陶瓷印制电路基板。然后，在例如构成银-钯合金等金属层12的金属粉末中添加混合粘合剂及可塑剂等，制作了导电性糊剂，接着，利用丝网印刷等将其在上述各印制电路基板的上面印刷成1～40μm的厚度。
在此，形成高比率金属层12h的导电性糊剂，使包含于该导电性糊剂的金属粉末内的一种成分的量高于包含于形成其它金属层12g的导电性糊剂的一种成分的量。具体而言，就是使用银-钯作为合金并提高高比率金属层12h的银成分的情况下，用合金组成中银成分多的金属糊剂形成高比率金属层12h，用合金组成中银成分少的金属糊剂形成高比率金属层以外的其它的金属层12g。此时，也可以不是用合金粉末而是使用银粉末与钯粉末的混合粉末以调整组成，另外，也可以通过在银钯的合金中添加银粉末或者钯粉末来调整组成，但从开始就使用不同的组成的合金粉末的方法，由于使糊剂中的金属分散变得均匀，使金属层12的同一个面内的组成分布均匀，故而优选。
然后，按照所希望的配置层叠多层印刷有导电性糊剂的印制电路基板，在用规定的温度进行脱粘接剂，之后，通过在900～1200℃下进行烧成，制作成层叠体13。另外只要以与上述实施方式1～8相同的形式形成非活性层14即可。
然后，与第一～第八实施方式一样来形成外部电极15，而且将形成有外部电极15的层叠体13做成与第一～第四实施方式一样，使硅酮橡胶充填于层叠体13的槽内部，并将通过使充填于槽内部及涂敷于层叠体13的侧面的上述硅酮橡胶硬化，得到本实施方式的层叠型压电元件。
最后，通过在外部电极15上连接引线，经由该引线对一对外部电极15施加0.1～3kV/mm的直流电压对层叠体13进行极化处理，就得到使用了本发明的层叠型压电元件的压电驱动器。另外，在上面做了说明的以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第八实施方式同样，所以省略说明。
上面对第九实施方式进行了说明，但本发明的层叠型压电元件并非仅局限于第九实施方式，在不超出本发明的要旨的范围内可有各种变更。例如，在上述第九实施方式，对金属层都是由合金构成的情况进行了说明，但如下述的第十实施方式所述，也可以是一部分金属层由合金构成、剩余的金属层由单一金属构成的形态。另外，在上述第九实施方式，对于金属层包含相同的成分的情况进行了说明，但如下述的第十一实施方式所述，也可以是金属层由主成分不同的至少两种以上的层构成的形态。
(第十实施方式)
下面，参照附图来详细说明本发明的层叠型压电元件的第十实施方式。图15是表示本实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。在图15上，对于与上述的图1～图14的构成相同或者同等的部分添加同样的符号而省略说明。
就本实施方式的层叠型压电元件而言，其具有交互层叠多个压电体层11和多个金属层12(12i、12j)的层叠体13，多个金属层12包含多层构成金属层12的至少一种成分的比率比在层叠方向相邻的两侧的金属层12i高的高比率金属层12j。
由于通过包含多层这样的高比率金属层12j，可在层叠体13配置局部软度(硬度)不同的金属层，因而可分散施加于压电元件的应力。因此，通过缓和因应力集中造成的元件变形的压抑，不仅可提高元件整体的位移，而且可抑制因元件的变形造成的应力集中，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况，也抑制层叠部分的剥离。
另外，在压电体层11中，发生驱动变形的部位是被金属层12夹持的部位，因此，优选的是，由于通过在金属层内隔着压电体层11重合的部分形成有金属组成不同的金属层，从而可抑制在使元件的尺寸变化即位移一致时所产生的共振现象，因而不仅可防止发生节拍声，而且由于可防止发生高频信号，因而可抑制控制信号的噪声。再者，由于通过改变金属层12的金属组成可控制层叠型压电元件13的位移的大小，因此不必通过改变压电体层11的厚度就能够作成量产性高的构造。在此，金属层的金属组成可用与上述同样的方法来测量。
另外，优选多层的高比率金属层12j夹着该高比率金属层12j之外的其它金属层12i分别配置。若使高比率金属层12j与其它的金属层12i一层一层地交互连续配置，则层叠型压电元件13内部的应力将均匀地分散于所有的金属层，而在同时驱动层叠型压电元件时，就成了也缓和了驱动位移量。因此，通过夹着多层其它的金属层12i来分别配置多层的高比率金属层12j，可在夹持多层其它的金属层12i的部分提高压电位移，而在多层的高比率金属层12j部分就能缓和应力。由此，不仅可提高元件整体的位移，而且可抑制因元件的变形造成的应力集中，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也可抑制层叠部分的剥离。
具体而言，就是优选构成金属层12的一种成分为银，其它的金属层12i由银钯合金构成，高比率金属层12j由银构成。这是由于，不仅可在氧化环境下烧成构成层叠型压电元件13，而且由于银钯合金为全率固溶的金属，因而就可在金属层单面不是形成不稳定的金属间化合物而是形成具有应力缓和效果的柔软的金属层。特别是，由于作为高比率成分的金属为银，因而在烧成层叠型压电元件时，陶瓷的液相成分中固溶有银，进而有可能降低液相形成温度进行烧成。由此，可加强金属层12与压电体层11之间的相互结合力。再者，通过进行合金化，就有可能形成抗迁移性比单元素强的金属层，进而可制作具有耐久性的层叠型压电元件。
由此，由于高比率金属层12j主要由银构成，高比率金属层之外的其它金属层12i主要由银钯合金构成，因而进一步提高了应力缓和效果。在夹着压电体层11主要由银构成的高比率金属层12j相邻的情况下，有时由于银的迁移而产生绝缘不良，但这种情况下，由于主要由银组成的高比率金属层12j的隔壁的金属层为主要由银钯合金组成的金属层12i，因而即使银发生迁移也会与钯结合而消灭游离的银离子进而稳定化，因此不会发生因迁移造成的绝缘不良，进而可形成耐久性高的层叠型压电元件。
另外，基于与第九实施方式一样的原因，优选有规则地配置多层高比率金属层12j，再者，优选高比率金属层12j与压电体层11之间的密合力小于其它的金属层12i与压电体层11之间的密合力。另外，在两层高比率金属层12j之间配置有多层其它的金属层12i，在由该其它的金属层12i组成的群组中，优选存在一种成分的浓度从高比率金属层侧起逐渐减少的倾斜浓度区域。另外，优选金属层12具有多个空隙，还优选高比率金属层12j由呈岛状分布的多个导体膜构成。
另外，在本实施方式，设金属层12j中的钯的含量为M1(质量％)，设银的含量为M2(质量％)时，优选以满足下述关系，即0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分。
第十实施方式的层叠型压电元件的制造方法，除了在形成高比率金属层12j的导电糊剂中配合银粉末之外，只要与第九实施方式同样即可。
而上述之外的构成由于与在上面做了说明的第一～第九实施方式一样，因而说明从略。
(第十一实施方式)
下面，参照附图来详细说明本发明的层叠型压电元件的第十一实施方式。图16是表示本实施方式的层叠型压电元件的层叠构造的局部放大剖面图。在图16上，对于与上述的图1～图15的构成相同或者同等的部分添加同样的符号而省略说明。
本实施方式的层叠型压电元件中，其具有交互层叠多个压电体层11和多个金属层12的层叠体13，多个金属层12由主成分不同的两种金属层12k及12l构成，其中金属层12l在夹着多层其它金属层12k的状态下配置有多层。可通过金属层的组成自如地改变其软度(硬度)。就本实施方式而言，由于通过以上述的形式来配置主成分不同的两种金属层12k及12l，可在局部配置软度不同的金属层，因而可分散施加于元件的应力。因此，通过抑制因应力集中造成的元件变形的压抑，不仅可增大元件整体的位移，而且可抑制因元件的变形造成的应力集中，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，也可抑制层叠部分的剥离。
具体而言，就是优选金属层12l以银钯合金为主成分，其它的金属层12k以铜为主成分。通过形成这样的形态，不仅可在氮气环境等还原环境下烧成构成层叠型压电元件13，而且由于银和钯都是全率固溶的金属，因而可在金属层单面上不是形成不稳定的金属间化合物而是能够形成具有应力缓和效果的柔软的金属层。
特别是通过使夹持多层其它的金属层12k的金属层12l以银钯合金为主成分，在烧成层叠型压电元件时，陶瓷的液相成分中固溶有银，进而有可能降低液相形成温度进行烧成。由此，可加强金属层12与压电体层11之间的相互结合力。再者，通过进行合金化，就有可能形成抗迁移性比单元素强的金属层，进而可制作具有耐久性的层叠型压电元件。
另外，由于金属层12l主要由银构成，其他的金属层12k主要由铜构成，因而进一步提高了应力缓和效果。在夹持压电体层11并主要由银构成的金属层12l相邻的情况下，虽然有时由于银的迁移而产生绝缘不良，但在本实施方式的情况下，由于主要由银构成的金属层12l的隔壁的金属层是由铜构成的金属层12k，因而由于即使银发生迁移也会与铜结合而消灭游离的银离子使其稳定，所以不会发生因迁移造成的绝缘不良，进而可制作耐久性高的层叠型压电元件。
另外，基于与第九实施方式一样的原因，优选有规则地配置多层de金属层12l，再者，优选金属层12l与压电体层11之间的密合力小于其它的金属层12k与压电体层11之间的密合力。另外，在两层金属层12l之间配置有多层其它的金属层12k，在由该其它的金属层12k组成的群组中，优选存在一种成分的浓度从金属层12l侧起逐渐减少的倾斜浓度区域。另外，优选金属层12具有多个空隙。特别是，优选在其它的金属层12k设置空隙，与该金属层的截面的总截面面积相对的空隙所占的面积比为5～70％。这是由于，相对于金属层12k的面积，若使空隙占5～70％，则可提高位移量，进而可得到位移量优良的层叠型压电元件的缘故。
若金属层12k的空隙率小于5％，则在施加电场使压电体层11发生形变时，由于受到金属层束缚，抑制压电体层11的位移，减小层叠型压电元件的变形量，进而也使产生的内部应力变大，因而对耐久性带来不利影响。另一方面，若金属层12k的空隙率大于70％，则由于电极部分产生极细的部分，因而有可能降低金属层自身的强度、使金属层易于发生裂缝，直至发生断路等，故而极不理想。另外，空隙率优选7～70％，更优选10～60％。这样，由于可使压电体层11平稳地变形，同时，使金属层12具有充分的导电性，因此，可增大层叠型压电元件的位移量。
另外，优选与金属层12l的截面的总截面面积相对的空隙所占的面积比为24～90％。这是因为，相对于金属层12l的面积，若使空隙占24～90％，则可进一步提高位移量，进而可得到位移量优良的层叠型压电元件的缘故。
另外，若金属层12主要由金属与空隙构成，则由于不论金属还是空隙都能对应力发生变形，因而可形成耐久性更高的层叠型压电元件。特别是，若比率比金属层12k高的金属层12l主要由金属与空隙构成，则由于不论金属还是空隙都能对应力发生变形，因而可提高应力缓和效果，进而可形成耐久性更高的层叠型压电元件。
另外，优选金属层12l是分布有多个金属的形态。即，优选金属层12l的多个导体区域呈岛形分布而构成。由于金属层12l是分布有多个导体区域的形态，因而即使层叠型压电元件13的应力施加于金属层12，也可抑制在金属层12l内的应力传播，即使在金属层12l内也不会产生应力特别集中的部位。由此，可兼得应力缓和与耐久性。
另外，在本实施方式中，设金属层12l中的钯的含量为M1(质量％)，设银的含量为M2(质量％)时，优选以满足下述关系，即0≤M1≤15、85≤M2≤100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分。这是由于，若钯超过15质量％，则使电阻率变大，在连续驱动层叠型压电元件的情况下，由于使金属层12发热，使该热量作用于具有温度依赖性的压电体层11而降低位移特性，因而有时会降低层叠型压电元件的位移量的缘故。另外，在形成外部电极15时，虽然使外部电极15与金属层12相互扩散而粘接，但若钯超过15质量％，则外部电极15中扩散有金属成分的部位的硬度变高，因此，对于在驱动时发生尺寸变化的层叠型压电元件而言，可能耐久性会降低。
第十一实施方式的层叠型压电元件的制造方法中，除了在形成其它的金属层12k的导电糊剂中配合铜粉末之外，只要与第九实施方式同样即可。而为了提高外部电极15与金属层12之间的粘接强度，作为构成外部电极15的金属优选使用以铜为主成分的金属糊剂。为了构成外部电极15，而通过不论银电极还是铜电极一起在氮气环境等还原环境中进行烧成，可抑制金属层12的氧化，进而可形成耐久性高的金属层12。
另外，就上述第十一实施方式而言，对于多个金属层由主成分不同的两种金属层构成情况进行了说明，而就本发明而言，多层的金属层由主成分不同的至少两种以上的金属层构成，只要其中的一种金属层以夹着多层其它的金属层的状态配置有多层，就可得到本发明的效果。即，通过使加在压电元件的应力集中于金属成分不同的金属层近旁，再以金属层周边的压电体层作应力缓和层包围汇集的应力，就可将汇集的应力关在金属组成高的两层金属层之间。由此，可缓和加在元件整体的应力。其结果是，可提供一种耐久性优良的、高可靠性的压电驱动器。
(第十二实施方式)
下面，来说明本发明的层叠型压电元件的第十二实施方式。现有的层叠型压电元件以在所有的压电体上均匀地施加电场的形式试图形成均匀的金属层。特别是为了或者使各金属层的导电率变得均匀，或者使与压电体接触的部分的表面积变得均匀而尝试使金属层的金属充填率变得均匀。因此，与位移相伴的应力将集中在层叠型压电元件的层叠方向的中央部位的外周，从而产生裂缝等问题。
特别是就同时烧成型的层叠型压电元件及约束压电体外周的至少一部分类型的层叠型压电元件而言，在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，产生下述问题的担忧更高，即，应力集中于元件中央部的外周，或者发生裂缝，或者造成剥离，使位移量发生变化。
本发明者们发现下述新的事实，从而完成了本发明，即，通过配置多层电阻比在相邻的两侧的金属层高的高电阻金属层，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动，也不会使位移量发生变化，进而可得到耐久性优良的层叠型压电元件。
即，本实施方式的层叠型压电元件具有下述的构成。
(1)一种层叠型压电元件，将压电体层和多层金属层交互层叠多层而成，其特征在于，上述多层的金属层包含多层电阻比在层叠方向相邻的两侧的金属层高的高电阻金属层。
(2)如上述(1)所述的层叠型压电元件，其中，上述多层的高电阻金属层夹着多层该高电阻金属层之外的其它的金属层分别配置。
(3)如上述(1)或者(2)所述的层叠型压电元件，其中，上述高电阻金属层有规则地配置。
(4)如上述(1)～(3)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述高电阻金属层的内部的空袭度比上述其它的金属层中的空隙率大。
(5)如上述(1)～(3)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述高电阻金属层包含电阻比上述其它的金属层高的高电阻成分，该高电阻成分的含有率比上述其它的金属层中的高电阻成分的含有率高。
(6)如上述(1)～(5)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述高电阻金属层的厚度比上述其它的金属层薄。
(7)如上述(1)～(6)任一项所述的层叠型压电元件，其中，与上述高电阻金属层的上述压电体层相对的电阻之比为1/10～1000倍。
(8)如上述(1)～(7)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述高电阻金属层的电阻是其它的金属层的电阻的1000倍以上。
根据本实施方式，多层的金属层包含多层电阻比在相邻方向的两侧的金属层高的高电阻金属层。由此，通过配置多层高电阻金属层，就减小了与该高电阻金属层接触的压电体层的位移。由于在层叠型压电元件内存在多层这样的位移小的压电体层，因而由于可使因位移产生的应力的分布分散，因而可抑制裂缝的发生，即使产生裂缝也可抑制其发展。因此，由于即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况，也可抑制使所希望的位移量发生变化，因而可提供一种耐久性优良、可靠性高的层叠型压电元件。
另外，通过使用本实施方式的层叠型压电元件，可提供一种耐久性优良、可靠性高的喷射装置。即该喷射装置通常是在具有喷射孔的收纳容器内部收纳有上述(1)～(8)任一项所述的层叠型压电元件。
下面，参照附图来详细说明本实施方式的层叠型压电元件。图18是表示与本实施方式的层叠型压电元件的压电体层接触的金属层的层叠构造的示意剖面图。在图18上，对于与上述的图1～图17的构成相同或者同等的部分添加同样的符号而省略说明。
如图18所示，就本实施方式的层叠型压电元件而言，多层的金属层12包含多层电阻比相邻的两侧的金属层高的高电阻金属层12m，这些高电阻金属层12m夹着多层该高电阻金属层12m以外的其它的金属层12n配置。即，多层的金属层12由多层金属层12n和电阻比该金属层12n高的多层高电阻金属层12m构成。
现有的层叠型压电元件中，由于以在所有的压电体层11上均匀地施加电场的形式来形成基本均匀的金属层，因而为了在驱动时元件自身连续发生尺寸变化，而夹着金属层12密合地驱动所有的压电体层11。因此，因元件的变形产生的应力集中在压缩时宽拉伸时窄的元件中央部的外周，在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，会产生下述问题，即，或者层叠部分(压电体层与金属层的界面)被剥离，或者产生裂缝。
另一方面，如本实施方式，由于通过配置多层高电阻金属层12m，来分散因位移产生的应力，因而即使在高电压、高压力下长时间连续驱动时，由于也可抑制裂缝的产生、减小位移量的变化，所以可谋求耐久性的提高。与高电阻金属层12m接触的压电体层11的位移量变得比与其它的金属层12n接触的压电体层11还小。因此，不是使元件作为整体发生驱动变形，而是成为使被高电阻金属层12m隔开的多个区域分别发生驱动变形的状态。由此，过去集中于元件中央部的应力，在本实施方式的元件中被分散到多个的每一个区域，因而即使在高电压、高压力下也可得到优良的耐久性。另外，比如即使或者局部剥离层叠部分，或者发生裂缝，也可利用位移小的压电体11的部分来抑制裂缝的发展。根据上述原因推断，可提高耐久性、形成可靠性高的元件。
虽然高电阻金属层12m的层数越多越可分散应力、提高耐久性，但由于若高电阻金属层12m的层数过多则有减小位移量的趋势，因而优选其层数为所有压电体层11总数的20％以下。
优选高电阻金属层12m在层叠型压电元件的层叠方向有规则地配置。通过使高电阻金属层12m与高电阻金属层12m之间包含多层其它的金属层12n，多层的高电阻金属层12m在层叠方向大致有规则地配置，与位移相伴随的应力的发生将基本均匀地分散在分别被高电阻金属层12m所隔开的部分。这样，通过有计划地进行应力的分散，抑制了裂缝的发生。运转时的位移量的变化得以抑制，提高了耐久性。
在此，本实施方式的所谓的“有规则地配置高电阻金属层”，是包含下述情况的概念，即，包含存在于高电阻金属层12m之间的其它金属层12n的层数在所有的高电阻金属层12m之间都是一样的情况，和以使应力基本均匀地分散在层叠方向的程度，使存在于高电阻金属层12m之间的其它金属层12n的层数相近的情况。具体而言，就是存在于高电阻金属层12m之间的其它的金属层12n的层数，优选相对于各层数的平均值为±20％的范围内，更优选相对于各层数的平均值为±10％的范围内，最优选为层数相同。
优选高电阻金属层12m的内部的空隙率比其它的金属层12n内的空隙率大。通过使高电阻金属层12m的空隙率比其它的金属层12n的空隙都大，进而使与高电阻金属层12m接触得压电体层11的位移量变得比两主面与其它的金属层12n接触的压电体层11的位移量小。由此，在被该位移量小的压电体层11分割的区域，变得比层叠型压电元件整体的位移量小，进而可抑制产生于层叠型压电元件的外周的裂缝，提高耐久性。另外，由于通过提高空隙率可吸收应力，由此进一步提高了耐久性。
优选高电阻金属层12m的空隙率(孔率)为40％～99％，更优选50％～90％。这是由于，若空隙率小于40％，则不能提高金属层的电阻，有可能使与其接触的压电体层11的位移量不能变得足够小的缘故。另一方面，若空隙率大于99％，则有可能降低高电阻金属层12m的强度继而破坏高电阻金属层12m的缘故。
按照在上面作了说明的方法，空隙率(孔率)在沿着平行于层叠方向的面或者垂直于层叠方向的面切断层叠型压电元件的剖面来测量。通过在一层高电阻金属层的截面上，测量空隙的截面面积，使其除以高电阻金属层12m的截面面积的总面积在乘以100倍而求得。空隙的直径并无特别限制，但优选3～100μm，更优选5～70μm。
优选高电阻金属层12m包含电阻比其它的金属层12n高的高电阻成份，高电阻成分的含量比其它的金属层12n中的高电阻成份的含量高。由此，通过在高电阻金属层12m加入更多的高电阻成分，实际上即使减少空隙的量也可形成电阻高的金属层。即使通过配置多层这样形成的高电阻金属层12m，也可使位移的变化量变得更小。高电阻成分的直径并无特别限制，但优选0.1～100μm，更优选0.1～50μm。
优选高电阻成分的含量为40％～99％，更优选50％～90％。而高电阻成分的含量可通过下述方法求得，即，拍摄平行于高电阻金属层12的面的SEM照片，测量占据该面的高电阻成分的面积，再除以总面积后乘以100倍。作为上述高电阻成分，例如可列举锆酸钛酸铅(PZT)、钛酸铅、氧化铝、二氧化钛、氮化硅、二氧化硅等。
优选高电阻金属层12m的厚度比其它的金属层12n的厚度薄。这是由于，由于高电阻金属层12m的厚度比其它的金属层12n的厚度薄，因而比其它的金属层12n更易于发生变形，进而可减轻产生于与高电阻金属层相邻的压电体层11的应力，继而可提高耐久性。另外，在将高电阻金属层的厚度做得比其它的金属层薄时，由于金属层易于变形、吸收应力、难以剥离，因而提高了耐久性。
在此，本实施方式中的所谓的金属层的厚度根据沿层叠方向切断层叠型压电元件的面来测量。选择其它的金属层的任意的五个部位，用任意两条平行的直线夹持来测量厚度。即，将两条平行线的一条置于金属层和压电体层的界限上，使另一条线在另一个界限上移动，来测量两条平行线之间的距离。用同样的方法测量高电阻金属层12m确定金属层的厚度。高电阻金属层12m的厚度不受特别限制，但优选30～0.1μm，更优选20～1μm。另外，其它的金属层12n的厚度，相对于高电阻金属层优选为103％以上，更优选为110％以上。
另外，优选高电阻金属层12m与压电体层11相对的电阻之比为1/10(即0.1)～1000倍。由于在这样的范围内，因而可适度调整与高电阻金属层12接触的压电体层11的位移量。若高电阻金属层12m与压电体层11相对的电阻之比小于1/10，则与高电阻金属层12m接触的压电体层11的位移量就不能变成其它的压电体层11的位移量，有可能得不到充分的分散应力的效果。另外，若高电阻金属层12m与压电体层11相对的电阻之比为1000倍以上，则与高电阻金属层12m接触的压电体层11的位移量变得过小，反倒易于接受应力的集中。另外，基于同样的理由，优选高电阻金属层12m与压电体层11相对的电阻之比为1～1000倍。
需要说明的是，本实施方式的电阻(Ω)可用皮可安培计在各层将探针置于高电阻金属层12m的两端或者压电体层11的两端来测量(例如ヒユ一レツトパツカ一ド公司制造4140B等)。在此，所谓的“高电阻金属层12m的两端”是指在层叠体13中的相对的两个侧面上露出的高电阻金属层12m的端部。在高电阻金属层12m的端部未从层叠体13的侧面露出的情况下，也可以用现有的研磨装置等进行研磨直至高电阻金属层12m的端部露出。然后，将皮可安培计的探头分别置于高电阻金属层12m的两端来测量电阻。测量此时的电阻时的温度最好在25℃。
另外，优选高电阻金属层12m的电阻为其它的金属层12n的电阻的1000倍以上。由此，与其它的金属层12n接触的压电体层11相比较，与高电阻金属层12m接触的压电体层11的位移量变小，利用高电阻金属层12m，分开了层叠型压电元件，使应力分散，提高了耐久性。
下面，说明本实施方式的层叠型压电元件的制造方法。
首先，制作作为压电体层11的陶瓷印制电路基板。然后，使构成银-钯等高电阻金属层12m的金属粉末包含干燥时粘接固定、烧成时挥发的有机物(例如丙烯酸颗粒等)，并添加粘合剂及可塑剂等进行混合，制作导电性糊剂，通过丝网印刷等将其在上述印制电路基板中的一部分印制电路基板的上面印刷成1～40μm的厚度。
在此，通过改变丙烯酸颗粒和金属粉末的比例，可使高电阻金属层的空隙率发生变化。即，若丙烯酸多则空隙率变高，若丙烯酸少则空隙率变小。空隙的直径可通过改变颗粒的直径来调整。另外，通过下述工序，即，在丙烯酸颗粒等内添加粘合剂及可塑剂等进行混合来制作丙烯酸颗粒糊剂，在构成银-钯等高电阻金属层的金属粉末中添加粘合剂及可塑剂等进行混合制作大导电性糊剂，通过丝网印刷等将丙烯酸颗粒糊剂和导电性糊剂层叠印刷在上述印制电路基板中的一部分印制电路基板的上面，使批量生产性优良的印刷成为可能。
作为上述有机物，可列举与在上面做了说明的第一～第四实施方式的层叠型压电元件的制造方法中所例示的相同的有机物。另外，通过对上述银-钯等金属层进行加热处理，使表面暂且氧化，就易于控制高电阻金属层12m的空隙率。另外，也可以在上述银-钯等金属层中添加PZT、钛酸铅、氧化铝等高电阻成分。
利用丝网印刷等，在形成有高电阻金属层12m的印制电路基板以外的其余印制电路基板上，印刷用于形成其它的金属层12n的导电性糊剂。在该高电性糊剂中也可以根据需要添加丙烯酸颗粒等有机物及高电阻成分。
接着，层叠多层印刷有导电性糊剂的各印制电路基板，得到层叠体，在对该层叠体加载压重石的状态下用规定的温度进行脱粘合剂处理，之后，为了可在高电阻金属层12A上形成空隙，通过在不加载压重石时用900～1200℃温度进行烧成，制作成层叠体13。另外，非活性层14也可以与上述第一～第十一实施方式同样的方法来形成。
然后，使用与上述第一～第十一实施方式同样的方法形成外部电极15。接着，使形成有外部电极15的层叠体13与上述第一～第十一实施方式同样的方法，在层叠体13的槽内部充填硅酮橡胶，并将硅酮橡胶涂敷于层叠体13的侧面。之后，通过使充填于槽内部及涂敷于层叠体13的侧面的上述硅酮橡胶硬化，得到本实施方式的层叠型压电元件。
最后，通过在外部电极15上连接引线，经由该引线对一对外部电极15施加0.1～3kV/mm的直流电压，对层叠体13进行极化处理，就得到使用了本实施方式的层叠型压电元件的压电驱动器，若将引线连接于外部的电压供给部，经由引线及外部电极15对金属层12施加电压，则各压电体层因逆压电效果而发生大的位移，由此，例如作为向发动机喷射供给燃料的汽车用燃料喷射阀而发挥功能。
另外，上述以外的构成由于与在上面做了说明的第一～第十一实施方式同样，所以省略说明。
(第十三实施方式)
下面，说明本发明的层叠型压电元件的第十三实施方式。本实施方式的层叠型压电元件由下述构成组成。
(1)一种层叠型压电元件，具有将压电体层和多层金属层交互层叠多层而成的层叠体，其特征在于，上述多层金属层中的至少一层由配置于上述压电体层之间的多个局部金属层构成。
(2)如上述(1)所述的层叠型压电元件，其中，上述层叠体的侧面形成有与上述多层金属层连接的一对外部电极。
(3)如上述(1)或者(2)所述的层叠型压电元件，其中，上述多个局部金属层的一部分，该金属层的厚度方向的两端连接于相邻的两侧的压电体层，上述多个局部金属层的剩余部分，只有该局部金属层的厚度方向的一端连接于压电体层。
(4)如上述(1)～(3)任一项所述的层叠型压电元件，其中，具备多层由上述局部金属层构成的金属层。
(5)如上述(4)所述的层叠型压电元件，其中，由上述局部金属层构成的多层金属层夹着多层压电体层分别配置。
(6)如上述(4)或者(5)所述的层叠型压电元件，其中，由上述局部金属层构成的多层金属层有规则地配置。
(7)如上述(1)～(6)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述局部金属层越靠近与该金属散布层相邻的压电体层宽度逐渐变小或者逐渐变大。
(8)如上述(1)～(7)任一项所述的层叠型压电元件，其中，上述局部金属层由银或者钯或者它们的合金构成。
(9)如上述(1)～(8)任一项所述的层叠型压电元件，其中，在相邻的上述局部金属层之间存在空隙。
根据本实施方式，由于多个金属层中的至少一层由配置于压电体层之间的多个局部金属层构成，因而有该局部金属层构成的金属层可在压电体层位移时吸收因其位移产生的应力。另外，由于存在由该局部金属层构成的金属层，因而由于是该金属层周边的压电体层的自由度变大，进而可使这些压电体层的位移变大。由此，不仅可缓和因应力集中造成的元件变形的压抑、增大元件整体的位移，而且由于可抑制因元件变形引起的应力的集中，因而可得到大的位移量，抑制共振现象，即使在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况下，也可抑制位移量的变化，得到耐久性优良的层叠型压电元件。
另外，多个局部金属层的一部分，其该局部金属层的厚度方向的两端连接于邻接的两侧的压电体层，在多个局部金属层的剩余部分，只有该局部金属层的厚度方向的一端连接于压电体层时，可进一步提高压电体层位移时缓和产生于厚度方向的应力的效果。另外，在局部金属层越靠近与该局部金属层相邻的压电体层宽度逐渐变小或逐渐变大时，可抑制局部金属层的轮廓成为锐角，进而可抑制与该锐角部分产生的元件变形相伴随的应力集中。
因此，即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况，也可提供一种耐久性优良、可靠性高的喷射装置。即，该喷射装置一般是在具有喷射孔的收纳容器内部收纳有上述(1)～(9)任一项所述的层叠型压电元件。上述喷射装置的特征在于，具备：具有喷射孔的容器、上述(1)～(9)任一项所述的层叠型压电元件，其构成为，充填于上述容器内的液体通过上述层叠型压电元件的驱动从上述喷射孔喷出。
下面，参照附图来详细说明本实施方式的层叠型压电元件。图19(a)是表示本实施方式的层叠型压电元件的立体图，图19(b)是表示图19中的压电体层和金属层的层叠状态的局部立体图。在图19上，对于与上述的图1～图18的构成相同或者同等的部分添加相同的符号，而省略说明。
如图19(a)、(b)所示，本实施方式的层叠型压电元件具有交互层叠有多层压电体层11和多层金属层12(12o、12p)而成的层叠体13，在该层叠体的相对的侧面配置有一对外部电极15(其中的一个外部电极未图示)。各金属层12并未形成于压电体层11的整个主面，而是形成所谓的局部电极构造。该局部电极构造的多个金属层12以在层叠体13的相对的侧面每隔一层分别露出的形式配置。由此，金属层12每隔一层与一对外部电极15电连接。
在此，如图19(a)、(b)所示，本实施方式的层叠型压电元件，多个金属层12中的至少一层是配置于压电体层11之间的有多个局部金属层12q构成的金属层12p，由于至少存在一层这样的金属层12p，因而不仅可提高层叠型压电元件整体的位移，而且可提高层叠型压电元件的耐久性。即，如现有的层叠型压电元件，若为了对所有的压电体均匀地施加电场，而使所有的金属层形成基本均匀，则在驱动时元件自身将连续发生尺寸变化。因此，所有的压电体层夹着金属层粘接，驱动时，层叠型压电元件作为整体发生驱动变形。因此，就使因元件变形而产生的应力易于集中在压缩时变宽、拉伸时变窄的元件中央部位的外周。特别是，具有使应力集中在发生压电位移的活性层和不发生压电位移的废活性层的分界上的趋势。另外，还存在下述问题，即，或者产生各压电体层的位移举动相一致的共振现象进而产生节拍声，或者因产生驱动频率的整数倍的高频信号而形成噪声成分。
与此相对，就本实施方式的层叠型压电元件而言，通过将金属层12的至少一层形成金属层12p，可使金属层12p周边的压电体层的位移变小，使金属层12o周边的压电体层11的位移变大，使位移大的部位和小的部位分散于元件内。通过将这样的金属层配置于元件内，可使施加于元件的应力分散。由此，通过缓和因应力集中造成的元件变形的压抑，不仅可提高元件整体的位移，而且可抑制因元件的变形造成的应力的集中，即使是在高电压、高压力下长时间连续驱动的情况，也可发挥优良的耐久性。
优选构成金属层12p的多层局部金属层12q大致均匀地配置于压电体层之间。在将多层局部金属层12q大致均匀地配置于压电体层之间时，不会使与元件变形相伴随的应力集中于一部分，而是在元件的整个截面区域以金属层12p作为压电体层的应力缓和层发挥作用。
就本实施方式而言，在层叠体13中存在有多层金属层12p。各金属层12p夹着多层压电体层11及多层金属层12o配置，且在层叠体13的厚度方向有规则地配置。由于多层压电体层11中发生驱动变形的是被金属层12o夹持的层，因而通过在金属层12中夹着数片压电体层11的部位形成有金属层12p，由于在确保元件的位移量的幅度的同时，还可抑制在使元件的尺寸变化即位移相一致时所发生的共振现象，因而可防止产生节拍声。另外，由于可防止高频信号的发生，因而可抑制控制信号的噪声。另外，由于通过改变金属层12的厚度可控制压电体层11的位移大小，因而可不必改变压电体层11的厚度而形成批量生产性高效的构造。
在本实施方式中，优选构成金属层12p的多个局部金属层12q的一部分，其该局部金属层12q的厚度方向的两端与邻接的两侧的压电体层11相接，构成金属层12p的多层局部金属层12q的剩余部分，只有该局部金属层12q的厚度方向的一端与压电体层11相接。对金属层12p所要求的功能之一是增大层叠型元件驱动时的位移。因此，构成金属层12p的多层局部金属层12q，其厚度方向的两端或者一端需要与邻接的两侧的压电体层11相接。构成金属层12p的多层局部金属层12q中的厚度方向的两端，并未同时与邻接的两侧的压电体层11相接的情况下，由于不能得到充分的与邻接的压电体层11相接的弹性功能，因而有时得不到充分的增大层叠型压电元件驱动时的位移的效果。
另外，优选在相邻的压电体层11的附近区域，构成金属层12p的多层局部金属层12q，越靠近该压电体层宽度越窄或者越宽。在此，对金属层12p所要求的另一个功能，是缓和压电体层驱动、位移时所产生的应力。为了得到该功能，在层叠型压电元件发生驱动变形时，缓和压电体11和金属层的街面上所产生的应力使其不至于集中在一点。就本实施方式而言，由于进一步提高了该应力缓和功能，因而使构成金属层12p的多层局部金属层12q的轮廓，特别是在相邻的压电体层11的附近区域，越靠近该压电体层宽度逐渐变小或逐渐变大，以抑制应力集中于一点。由此，与金属层12p相接的压电体层11不会集中应力，因而可增加位移量，在保持元件的驱动位移的同时，可避免元件的应力集中于一点，进而可提供一种位移量大且耐久性优良、高可靠性的压电驱动器。
另外，优选在金属层12p中相邻的多个局部金属层12q之间存在有空隙。这是由于，若金属层12p内存在有金属成分以外的绝缘物质，则在驱动时，有时在压电体11上产生不能施加电压的部分进而不能使压电位移充分大，还易于使驱动时的应力集中。
另一方面，若构成局部金属层12p的多个局部金属层12q之间存在有空隙，则应力加在金属部分时，可通过具有空隙部分使局部金属层12p发生变形以分散缓和应力。另外，在与金属层12p相接的压电体层11发生压电位移时，通过具有空隙的部分局部夹紧压电体层11，在整个面上，使束缚压电体层11的力比夹紧时变小，因而易于使压电体层11发生位移进而可增加位移量。由此，可得到元件的位移更大且耐久性高的层叠型压电元件。
另外，在本实施方式中，优选构成金属层12p的金属为银或者钯或者银钯的化合物。这是由于这些金属具有高的耐热性，因而能够对烧成温度高的压电体层11和金属层12同时进行烧成。因此，由于可在烧成温度比压电体11的烧成温度低的低温进行制作，因而可抑制压电体层11和外部电极11之间的剧烈的相互扩散。
下面，来说明第十三实施方式的层叠型压电元件的制造方法。
首先，与第一～第十二实施方式一样，制作了作为压电体11的陶瓷印制电路基板。然后，在构成银-钯等金属层12的金属粉末中添加混合粘合剂及可塑剂等制作了导电性糊剂，利用丝网印刷等将其在各印制电路基板的上面印刷成1～40μm的厚度。
在此，可改变粘合剂及可塑剂与金属粉末的比例、改变丝网的网眼度数、改变形成丝网的图案的保护膜厚度，以改变金属层12的厚度及金属层中的空隙等。
接着，层叠多层印刷有导电性糊剂的印制电路基板，在加载压重石的状态下用规定的温度对该层叠体进行脱粘合剂，之后，以使金属层的厚度可产生差别的形式，在不加载压重石时通过用900～1200℃进行烧成制作成层叠体13。另外，只要用与上述第一～第十二实施方式同样的方法形成非活性层14即可。
然后，在层叠型压电元件的侧面交互形成端部露出的金属层12和端部未露出的金属层12(12o或者12p)，在端部位露出的金属层12和外部电极15之间的压电体部分形成槽，在该槽内形成迁移率比压电体层11低的树脂或者橡胶等绝缘体。在此，上述槽用内部划线装置等形成于层叠体13的侧面。
然后，与第一～第十二实施方式一样形成外部电极15。接着使形成有外部电极15的层叠体13与第一～第十二实施方式一样，将硅酮橡胶充填到层叠体13的槽内部，再将硅酮橡胶涂敷于层叠体13的侧面。然后，通过使充填于槽内部及涂敷于层叠体13的侧面的上述硅酮橡胶硬化，得到本实施方式的层叠型压电元件。
最后，将引线连接于外部电极15，通过该引线对一对外部电极15施加0.1～3kV/mm的直流电压，对层叠体13进行计划处理，由此，得到了使用了本实施方式的层叠型压电元件的压电驱动器。
另外，由于上述之外的构成与上述说明过的第一～第十二实施方式是一样的，因此省略说明。
(喷射装置)
下面，参照附图来详细说明具备有上述作过说明的本发明的层叠型压电元件的喷射装置之一实施方式进行说明。图20是表示本实施方式的喷射装置的示意剖面图。如图20所示，本实施方式的喷射装置，在一端具有喷射孔33的收纳容器31的内部，收纳有压电驱动器43，该压电驱动器43具备有代表上述实施方式的本发明的层叠型压电元件。
具体而言，就是在收容容器31内部配置有可开关喷射孔33的针型阀35。在喷射孔33上配置有根据针型阀35的动作可连通的燃料通道37。该燃料通道37与外部的燃料供给源连接，燃料通常是用规定的高压提供给燃料通道37。因此，针型阀35的构成为，若开启喷射孔33，则提供给燃料通道37的燃料在规定的高压下喷射到未图示的内燃机的燃料室内。
针型阀35的上端部的内经变大，配置有形成于收纳容器31的气缸39和可滑动的活塞41，而且在收纳容器31内收纳有具备上述的层叠向压电元件的压电驱动器43。
就这样的喷射装置而言其构成为，若施加电压而使压电驱动器43伸长，则活塞41被挤压，使针型阀35关闭喷射孔33，停止燃料的供给；另外，若停止施加电压，则使压电驱动器43收缩，碟形弹簧45将活塞41推回去，使喷射孔33与燃料通道33连通后进行燃料的喷射。
上面，只是展示了本发明的一实施方式，但本发明并非仅局限于上述的实施方式。例如就上述实施方式而言，只是说明了将层叠型压电元件应用于喷射装置的情况，但本发明并非仅局限于此，例如可应用于：搭载于汽车发动机的燃料喷射装置、喷墨等液体喷射装置、光学装置等精密定位装置及防震装置等的驱动元件，或者搭载于燃烧压力传感器、爆燃传感器、加速度传感器、载重传感器、超声波传感器、压敏传感器、偏航速率传感器等的传感器元件，以及搭载于压电陀螺仪、压电接线器、压电变压器、压电断路器等的电路元件。另外，即使在上述之外，只要是使用压电特性的元件都可实施。
下面，列举实施例来更为详细地说明本发明，但本发明并非仅局限于下面的实施例。
(实施例I-a)
(压电驱动器的制作)
按照下述的形式，制作了由层叠型压电元件构成的压电驱动器。
首先，将以平均粒径为0.4μm的锆钛酸铅(PbZrO3-PbTiO3)为主成分的压电陶瓷的准烧成粉末、粘合剂及可塑剂进行混合制作糊剂，利用刮刀片法制作了数片形成为厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。接着，在用丝网印刷法该陶瓷印制电路基板的单面上分别印刷了主金属层12a、低充填金属层12b及高充填金属层12c。
具体而言，主金属层12a、低充填金属层12b及高充填金属层12c的印刷分别以下述的形式进行。
·主金属层12a：在银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中相对于银-钯合金100质量分按10质量分的比例加进平均粒径0.2μm的丙烯酸颗粒，再将加入了粘合剂的导电性糊剂印刷在薄板单面上形成厚度3μm。
·低充填金属层12b：将在银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中加进了粘合剂的导电性糊剂，印刷在薄板单面上形成厚度1μm，再将在平均粒径1μm的丙烯酸颗粒中加进了粘合剂的丙烯酸颗粒糊剂层叠印刷在其上面形成10μm厚度。另外，丙烯酸颗粒以相对于银-钯合金100质量分按5质量分的比例进行掺合。
·高充填金属层12c：将在银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中加进了粘合剂的导电性糊剂，印刷在薄板单面上形成厚度3μm。
预先备好按上述方法印刷有各金属层的薄板300片。预先备好与此有别的作为非活性层14的印制电路基板，以将它们自下开始按顺序形成非活性层30层、层叠体300层、非活性层30层的形式进行层叠，得到层叠成型体。
另外，在进行层叠时按表1所示的组合进行了层叠。表1中的详情如下。
·金属层12a的层数比例：是与总金属层数相对的主金属层12a的层数的比例(％)
·低充填金属层12b、高充填金属层12c的相对配置：低充填金属层12b与高充填金属层12c是不是夹着至少一层压电体层11相对配置
·金属层12a按金属充填率高的顺序层叠：是否是在层叠方向，按照低充填金属层12b、高充填金属层12c、主金属层12a的顺序其间分别夹着压电体层11配置，而且主金属层12a自高充填金属层12c侧其按金属充填率高的顺序进行层叠
另外，在表1中的“有无低充填金属层12b”一栏所填写的各数值，表示低充填金属层12b配置于层叠体的层叠方向的第几层。同理，在表1中的“有高充填金属层12c”一栏所填写的各数值，表示高充填金属层12c配置于层叠体的层叠方向的第几层。
对该层叠成型体进行挤压之后，进行脱脂、烧成。烧成在用800℃保持2个小时之后，再用1000℃、2小时烧成，得到层叠体13。对于该层叠体13，测量各金属层12a～12c的金属充填率的结果如下。
·主金属层12a中的金属充填率X1：70％
·低充填金属层12b中的金属充填率Y1：45％
·高充填金属层12c中的金属充填率Z1：85％
然后，在平均粒径2μm的片状银粉末和剩余部分为以平均粒径2μm的硅为主成分的软化点640℃的非晶质的玻璃粉末的混合物中，相对于银粉末和玻璃粉末的总合质量100质量分，添加粘合剂8质量分，使其充分混合制作了银玻璃导电性糊剂。接着，利用丝网印刷使该银玻璃导电性糊剂形成于起模薄膜上，干燥后，从起模薄膜剥离，得到了银剥离导电性糊剂的薄片。将该银玻璃糊剂的薄片复制于层叠体13的外部电极15面上进行层叠，用700℃进行39分钟烧成，形成外部电极15后得到层叠型压电元件。另外，片状的粉末的平均粒径一般按下述方法测量。即，使用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄粉末的照片，在该照片上拉上直线，测量50个粒子和直线相交的长度，取其平均值作为平均粒径。
在由上面得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加15分钟3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表1中的样品No.I-1～9)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压的位置，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器都进行了连续驱动试验。评价方法如下所述，同时，其结果如表1所示。
(连续驱动试验的评价方法)
将各压电驱动器置于室温下，用150Hz的频率施加0～+170V的交流电压进行了连续驱动达1×109次的试验。具体而言，就是试验按各样品100个为一组进行。位移量用光学式非接触微量位移计来测量。所谓初始状态的位移量是指第一次驱动时的位移量。使用金属显微镜、SEM等观察连续驱动后的层叠部，以观察有无脱层。再者，评价了有无产生高频成分的噪声及在1kHz下有无发生节拍声。
从表1表明，比较例样品No.I-9，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声。与此相对，本发明的样品No.I-1～8，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可以说能够制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
特别可知将应力缓和层(低充填金属层12b)和应力集中层(高充填金属层12c)夹着压电体层11彼此相邻地配置的样品No.I-3、4，不仅可提高元件的位移量，而且可制作出位移量稳定的层叠型压电驱动器。再者，夹着压电体层夹持着应力缓和层的样品No.I-5～8，由于不仅使元件的位移量变得最大，而且元件的位移量几乎不变，耐久性极佳，因而可制作出元件位移量稳定的压电驱动器。
(实施例No.I-b)
将上述实施例No.I-a中的样品No.I-8的压电驱动器的金属层12的组成(Y1/X1及Z1/X1)改变为如表2所示的形式，得到了各压电驱动器(表2中的样品No.I-10～15)。另外，作为比较例，对实施例No.I-a中的样品No.I-9的压电驱动器也作了记载(表2中的样品No.I-15)。在对得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。另外，样品No.I-15的压电驱动器由于所有的金属层的充填率都设定为约70％，因而在表中记为X1＝70％、Y1＝70％、Z1＝70％，充填率的比率记为Y1/X1＝1、Z1/X1＝1。
对于在上面得到的各压电驱动器(表2中的样品No.I-10～15)，与上述实施例No.I-a一样进行了连续驱动试验。其结果如表2所示。
表2
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
从表2表明，Y1/X1大于0.9、Z1/X1小于1.05的样品No.I-15，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声及噪声。
与此相对，由于样品No.I-10～14，Y1/X1为0.1～0.9的范围，Z1/X1为1.05～2的范围，因而不仅使元件的位移量变得最大，而且元件的位移量几乎不变，耐久性极佳，所以可制作出元件位移量稳定的压电驱动器。特别是由于样品No.I-12、13，Y1/X1为0.5～0.8的范围，Z1/X1为1.1～1.2的范围，因此可制成具有优良的元件位移的层叠型驱动器。
(实施例No.I-c)
将上述实施例No.I-a中的样品No.I-8的压电驱动器的金属层12的组成改变为如表3所示的形式，得到了各压电驱动器(表3中的样品No.I-16～33)。在对得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例No.I-a一样进行了连续驱动试验，将初始状态的位移量和连续驱动后的位移量代入式：[1-(连续驱动后的位移量/初始状态的位移量)]×100，计算出位移量变化率(％)。其结果如表3所示。
表3
从表3表明，由于比较例样品No.I-32、33，金属层12中的金属组成物的8～10族金属的含量超过15质量％，而11族金属的含量不足85质量％，因而金属层12的电阻率高，连续驱动层叠型压电元件时发热，降低了压电驱动器的位移量。
与此相对，由于样品No.I-16～28，在设金属层12中的金属组成物8～10族金属的含量为M1质量％，设11b族金属的含量为M2质量％时，以满足下述关系0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分，因而可降低金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，因此，可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。另外，由于也可降低样品No.I-29～31的金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，因而也可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。
(实施例I-d)
(压电驱动器的制作)
按照下述的方法制作了由层叠型压电元件构成的压电驱动器。
首先，预先备好与上述实施例I-a相同的印刷有各金属层的薄片30张。接着，预先备好有别于此的方法形成非活性层14的印制电路基板，将其自下开始按照顺序非活性层5片、层叠体层30片、非活性层5片进行层叠，得到了层叠成型体。
另外，在进行层叠时，按照表4所示的组合进行了层叠。表4中的详情如下。
·低充填金属层12b、高充填金属层12c的配置：低充填金属层12b与高充填金属层12c是否为至少夹持一层压电体层11相对配置
对该层叠成型体进行挤压之后，进行脱脂、烧成。烧成是在800℃保持2个小时，之后，再用1000℃、2小时烧成，得到层叠体13。对于该层叠体13，测量各金属层12a～12c的金属充填率的结果如下。
·主金属层12a中的金属充填率X1：70％
·低充填金属层12b中的金属充填率Y1：45％
·高充填金属层12c中的金属充填率Z1：85％
然后，与上述实施例I-a一样，在层叠体13上形成外部电极15，得到层叠型压电元件。接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加15分钟3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表4中的样品No.I-34～37)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压的位置，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a一样，进行了连续驱动试验。其结果如表4所示。
表4
1)“*”标记表示本发明的权利要求范围之外的样品。
从表4表明，比较例样品I-37，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的样品No.I-34～36，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可以说能够制作出具有优良的耐久性的压电驱动器。
特别是表1表明，将应力缓和层(低充填金属层12b)和应力集中层(高充填金属层12c)夹着压电体层11彼此相邻地配置的样品No.I-36，不仅可提高元件的位移量，而且可制作出位移量稳定的层叠型压电驱动器。
(实施例II-a)
(压电驱动器的制作)
按照下述的方法制作了由层叠型压电元件构成的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了多片形成有厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。接着，在该陶瓷印制电路基板的单面上，使用银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中加有粘合剂的导电性糊剂，利用丝网印刷分别印刷主金属层12d、薄形金属层12e及厚型金属层12f。
具体而言，主金属层12d、薄型金属层12e及厚型金属层12f的印刷分别以下述的形式进行。
·主金属层12d：以形成5μm的厚度的形式在保护膜厚度10μm的制版上进行印刷。
·薄型金属层12e：以形成1μm的厚度的形式在保护膜厚度2μm的制版上进行印刷。
·厚型金属层12c：以形成10μm的厚度的形式在保护膜厚度20μm的制版上进行印刷。
预先备好按上述方法印刷有各金属层的薄板300片。预先备好与此有别的作为非活性层14的印制电路基板，以将它们自下开始按顺序形成非活性层30层、层叠体300层、非活性层30层的形式进行层叠，得到层叠成型体。
另外，在进行层叠时按表5所示的组合进行了层叠。表5中的详情如下。
·金属层12d的层数比例：是与总金属层数相对的主金属层12a的层数的比例(％)
·薄型金属层12e、厚型金属层12f的相对配置：薄型金属层12e与厚型金属层12f是不是夹着至少一层压电体层11相对配置
·薄形金属层12e的两侧金属层为厚型金属层12f：相对于薄形金属层12e在层叠方向相邻的两侧的金属层的厚度是否为厚型金属层12f
·金属层12d按厚度大的顺序层叠：是否是在层叠方向，按照薄型金属层12e、厚型金属层12f、主金属层12d的顺序其间分别夹着压电体层11配置，而且主金属层12d按厚度大的顺序进行层叠
对该层叠成型体进行挤压之后，进行脱脂、烧成。烧成在用800℃保持2个小时之后，再用1000℃、2小时烧成，得到层叠体13。对于该层叠体13，测量了各金属层12d～12f的金属充填率，其结果如下。
·主金属层12d的厚度X2：5μm
·薄型金属层12e的厚度Y2：2μm
·厚型金属层12f的厚度Z2：7μm
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15后得到层叠型压电元件。接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表5中的样品No.II-1～9)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
评价
对于在上面得到的各压电驱动器，使用与上述实施例I-a一样的方法，进行了连续驱动试验。其结果如表5所示。
表5
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
从表5表明，比较例样品No.II-9，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的样品No.II-1～8，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可以说能够制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
特别是可知将应力缓和层(薄型金属层12e)和应力集中层(厚型金属层12f)夹着压电体层11彼此相邻地配置的样品No.II-3，不仅可提高元件的位移量，而且可制作出位移量稳定的层叠型压电驱动器。再者，夹着压电体层11夹持着应力缓和层的样品No.II-4～8，由于不仅使元件的位移量变得最大，而且元件的位移量几乎不变，耐久性极佳，因而可制作出元件位移量稳定的压电驱动器。其中，在与非活性层的交界设置有缓和层(薄型金属层12e)和应力集中层(厚型金属层12f)的样品No.II-6、7，其耐久性极佳。
(实施例No.II-b)
将上述实施例No.II-a中的样品No.II-8的压电驱动器的金属层12的厚度之比(Y2/X2及Z2/X2)改变为如表6所示，得到了各压电驱动器(表6中的样品No.II-10～14)。另外，作为比较例，对实施例No.II-a中的样品No.II-9的压电驱动器也作了记载(表6中的样品No.II-15)。在对得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。另外，样品No.II-15的压电驱动器由于所有的金属层都设定为约5μm，因而在表中记为X2＝5μm、Y2＝5μm、Z2＝5μm，厚度的比率记为Y2/X2＝1、Z2/X2＝1。
对于在上面得到的各压电驱动器(表6中的样品No.II-10～15)，与上述实施例No.I-a一样进行了连续驱动试验，其结果如表6所示。
表6
1)“*”标记表示本发明的权利要求之外的样品。
从表6表明，Y2/X2大于0.9、Z2/X2小于1.05的样品No.II-15，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声及噪声。
与此相对，由于样品No.II-10～14，Y2/X2为0.1～0.9的范围，Z2/X2为1.05～2的范围，因而不仅使元件的位移量变得最大，而且元件的位移量几乎不变，耐久性极佳，所以可制作出元件位移量稳定的压电驱动器。特别是由于样品No.II-12、13，Y2/X2为0.5～0.8的范围，Z2/X2为1.1～1.2的范围，因此可制成具有优良的元件位移量的层叠型驱动器。
(实施例No.II-c)
将上述实施例No.II-a中的样品No.II-8的压电驱动器的金属层12的材料组成改变为如表7所示，得到了各压电驱动器(表7中的样品No.II-16～33)。在对得到的层叠型压电元件施加170V的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例No.I-a一样进行了连续驱动试验，使用与实施例I-c一样的方法计算了位移量变化率(％)，其结果如表7所示。
表7
从表7表明，由于样品No.II-32、33，金属层12中的金属组成物的8～10族金属的含量超过15质量％，而11族金属的含量不足85质量％，因而金属层12的电阻率高，连续驱动层叠型压电元件时造成发热，降低了压电驱动器的位移量。
与此相对，由于样品No.II-16～28，在设金属层12中的金属组成物8～10族金属的含量为M1质量％，设11b族金属的含量为M2质量％时，以满足下述关系0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分，因而可降低金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，因此，可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。另外，由于也可降低样品No.I-29～31的金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，因而也可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。
(实施例II-d)
(压电驱动器的制作)
按照下述的方法制作了由层叠型压电元件构成的压电驱动器。
即，首先，预先备好印刷有与上述实施例II-a相同的各金属层的薄板30张。接着，预先备好形成于此有别的非活性层14的印制电路基板，将它们自下开始按顺序以形成非活性层5层、层叠体30层、非活性层5层的形式进行层叠，得到层叠成型体。
另外，在进行层叠时，按照表8所示的组合进行了层叠，表8中的详情如下。
·薄型金属层12e、厚型金属层12f的配置：薄型金属层12e与厚型金属层12f是否至少夹着一层压电体层11而相对配置
对该层叠成型体进行挤压之后，进行脱脂、烧成。烧成用800℃保持2个小时，之后，再用1000℃、2小时烧成，得到层叠体13。对于该层叠体13，测量了各金属层12d～12f的金属充填率，其结果如下。
·主金属层12d的厚度X2：5μm
·薄型金属层12e的厚度Y2：2μm
·厚型金属层12f的厚度Z2：7μm
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15后，得到层叠型压电元件。接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表8中的样品No.II-34～37)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
评价
对于在上面得到的各压电驱动器，使用与上述实施例I-a一样的方法，进行了连续驱动试验。其结果如表8所示。
表8
1)“*”标记表示本发明的权利要求范围之外的样品。
从表8表明，比较例样品No.II-37，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层(层间剥离)，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的样品No.II-34～36，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可以说能够制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
特别是表8表明，将应力缓和层(薄型金属层12e)和应力集中层(厚型金属层12f)夹着压电体层11彼此相邻地配置的样品No.II-36，不仅可提高元件的位移量，而且可制作出位移量稳定的层叠型压电驱动器。
(实施例III-a)
(压电驱动器的制作)
按照下述方式制作了构成第九实施方式的层叠型压电元件的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。接着，在该陶瓷印制电路基板的单面上，将使用丝网印刷形成有主要由银-钯构成的合金中加有粘合剂的导电性糊剂的薄片层叠300层，进行烧成得到层叠体13。烧成条件为800℃、保持2个小时，之后，再用1000℃、2小时烧成。
此时，在形成有高比率金属层12h的部分，以达到如表9所示的组成的形式，用在银-钯合金中加有粘合剂的导电性糊剂进行印刷，形成3μm的厚度，并以形成于第50层、第100层、第150层、第200层、第250层的形式来配置高比率金属层12h。
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15，接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表9中的样品No.III-1～6)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a相同也进行了连续驱动试验，其结果如表9所示。另外，如表9所示，高比率金属层之外的其他金属层12g，所有的层都是同一组成。
表9
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
如表9所示，比较例样品No.III-6，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的实施例样品No.III-1～5，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可以说能够制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
(实施例III-b)
(压电驱动器的制作)
按照下述方式制作了构成第十实施方式的层叠型压电元件的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。在该陶瓷印制电路基板的单面上，以达到表10的组成的形式，将使用丝网印刷法形成的在银-钯合金中加有粘合剂的导电性糊剂的薄板层叠300层，进行烧成，得到层叠体3。烧成条件为800℃、保持后，再用1000℃烧成。
此时，在形成有高比率金属层12j的部分，用银100％的导电性糊剂进行印刷，形成3μm的厚度，并以形成于第50层、第100层、第150层、第200层、第250层的形式来配置高比率金属层12j。
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15，接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表10中的样品No.III-7～12)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a相同也进行了连续驱动试验，其结果如表10所示。另外，如表10所示，高比率金属层之外的其他金属层，所有的层都是同一组成。
表10
1)“*”标记表示本发明的权利要求之外的样品
如表10所示，比较例样品No.III-12，施加在层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的实施例样品No.III-7～11，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
(实施例III-c)
(压电驱动器的制作)
按照下述方式制作了构成第十一实施方式的层叠型压电元件的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。在该陶瓷印制电路基板的单面上，将使用丝网印刷法形成有在铜粉末中加有粘合剂的导电性糊剂的薄片层叠300层，在氮气环境中进行烧成得到层叠体3。烧成条件为800℃、保持后，再用1000℃烧成。
此时，在形成有金属层12l的部分，用达到如表11所示的组成的银-钯合金的导电性糊剂进行印刷，形成3μm的厚度，并以形成于第50层、第100层、第150层、第200层、第250层的形式来配置高比率金属层12l。
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15，接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表11中的样品No.III-13～19)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a相同也进行了连续驱动试验，其结果如表11所示。另外，如表11所示，主成分相同的金属层其所有的层都是同一组成。
表11
1)“*”标记表示本发明的权利要求之外的样品。
如表11所示，比较例样品No.III-18、19，施加在该层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，本发明的实施例样品No.III-13～17，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可制作具有优良的耐久性的压电驱动器。
(实施例III-d)
改变实施例III-a中的样品No.III-5的压电驱动器的金属层12的组成，按照与实施例I-a一样的方法计算了位移量变化率(％)。其结果如表12所示。
表12
1)“*”标记表示本发明的权利要求之外的样品。
从表12表明，如样品No.III-34，在将所有的金属层12都做成银100％的情况下，发生了银的离子迁移，造成层叠型压电元件因破损而不能连续驱动。另外，样品No.III-32、33，因其金属层12中的金属组成无中的钯含量超过了15质量％，而银的含量不足85质量％，因而由于金属层12的电阻率大而在连续驱动层叠型压电元件时造成发热，进而降低了压电驱动器的位移量。
与此相对，由于样品No.III-20～31，在设金属层12中的金属组成物的8～10族金属的含量为M1质量％，设11族金属的含量为M2质量％时，以满足下述关系即0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100的金属组成物为主成分，因而可降低金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，从而可制作元件位移量稳定的层叠型驱动器。
特别是对于样品No.III-25～27，在设金属层12中的金属组成物的8～10族金属的含量为M1质量％，设11族金属的含量为M2质量％时，以满足下述关系即2≤M1≤8、92≤M2≤98、M1+M2＝100的金属组成物为主成分，因而可降低金属层12的电阻率，即使连续驱动也可抑制在金属层12所产生的发热，从而可制作元件位移量一点也不变化的、极为稳定的层叠型驱动器。
(实施例III-e)
在表9所示的层叠型压电元件中，每种样品各取一个，将金属层12的电极面以基本垂直于样品片的长度方向的形式加工成3mm×4mm×36mm，用JIS R1601的四点弯曲测量了弯曲强度。此时，通过确认哪一部分遭到破坏来特定层叠型压电元件的粘合力弱的部位。
即，若压电体层11内遭到破坏，则表现为压电体的强度弱，若金属层12内遭到破坏则表现为金属层12的强度弱，若压电体层11与金属层12的界面遭到破坏，则表现为压电体层11与金属层12的界面的强度弱。其结果如表13所示。另外，将使各个样品作为驱动器发挥功能时的耐久性记入表9，而为了比较也记入表13。
表13
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
比较例样品No.III-6在压电体层11内遭到破坏。即，表示所有的压电体层11和金属层12都是高强度地粘接在一起的。由此，若作为驱动器连续驱动1×109次，则由于施加于界面的应力集中于一点，而使负荷增大进而产生剥离。
与此相对，本发明的实施例样品No.III-1～5，压电体层11与高比率金属层的界面受到破坏。即，表示高比率金属层与压电体层11的粘合力最弱。因此可认为，在施加了连续驱动时的应力时，使粘合力弱的高比率金属层发生变性而发生应力缓和的现象，即使作为驱动器连续驱动1×109次后也不发生剥离，从而具有优良的耐久性。
(实施例III-f)
在表9所示的层叠型压电元件中，每种样品各取一个，测量了金属层部分的维氏硬度。在维氏硬度的测量时，使用了明石制造所制造的MVK-H3型微型维氏硬度测量计。在进行测量时，为了不受基底压电体层11的影响，而使用了自垂直于金属层12的层叠方向向金属层12压进金刚石压头的方法。其结果如表14所示。另外，虽然将以各个样品作为驱动器发挥了功能的情况下的耐久性记入表9，但为了对比也记入了表14。
表14
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
由于其所有的金属层都是相同的构成，因而比较例样品No.III-6都表现出一样的硬度。即，表示所有的压电体层11都粘接于相同硬度的金属层。就该样品No.III-6而言，若作为驱动器连续驱动1×109次，则由于施加于层叠界面的应力集中于一点，而使负荷增大进而产生了剥离。
与此相对，本发明的实施例样品No.III-1～5的结果是，高比率金属层的硬度比其它的金属层低。即，表示高比率金属层比其它的金属层柔软。因此可认为，在施加了连续驱动时的应力时，使柔软的高比率金属层发生变性而发生应力缓和的现象，即使作为驱动器连续驱动1×109次后也不发生剥离，从而具有优良的耐久性。
(实施例III-g)
(压电驱动器的制作)
按照下述的方法制作了具备有具有倾斜浓度区域的层叠型压电元件的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。接着，将利用丝网印刷法形成有在银-钯合金(银80质量％，钯20质量％)中加有粘合剂的导电性糊剂的薄板层叠300片，进行烧成，得到层叠体3。烧成条件为800℃、保持2个小时，之后，再用1000℃、2小时烧成。
此时，在形成有高比率金属层12h的部分，使用银-钯合金(银85质量％、钯15质量％)的导电性糊剂进行印刷，形成3μm的厚度，再如图17所示，以使银浓度自高比率金属层12h侧起逐渐减小的形式进行配置。以使高比率金属层12形成于第50层、第100层、第150层、第200层、第250层的形式进行了配置。
然后，使用与上述实施例I-a相同的方法，在层叠体13上形成外部电极15，接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图1所示的层叠型压电元件的压电驱动器。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a相同也进行了连续驱动试验。另外，与上述实施例I-a相同计算了位移量变化率(％)。其结果如表15所示。
表15
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
从该表15表明，比较例样品No.III-37，施加在该层叠界面的应力集中于一点，因负载增加而产生脱层，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，结果表明，本发明的实施例样品No.III-35、36各方面都优良。特别是样品No.III-35与样品No.III-36不同，即使在连续驱动了1×109次后也几乎未降低元件位移量，而是具有作为压电驱动器所必须的有效位移量。因此，可制作具有极其优良的耐久性的压电驱动器。
(实施例IV)
(压电驱动器的制作)
按照下述的方法制作了由第十二实施方式的层叠型压电元件构成的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了多个形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。接着，在该陶瓷印制电路基板的单面上，利用丝网印刷法印刷上在银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中加有粘合剂的导电性糊剂。预先备好这样印刷有导电性糊剂的薄板层叠300片。另外，预先备好用与此不同的方法形成有保护层的印制电路基板300片，以降气自下开始形成保护层30层、层叠体层300层、保护层30层的形式进行层叠，之后，进行脱脂、烧成，得到层叠体13。烧成条件为800℃、保持2个小时，之后，再用1000℃、2小时烧成。
此时，在形成有其它的金属层的部分，使用在银-钯合金(银95质量％、钯5质量％)中加有粘合剂的导电性糊剂，在烧成后进行印刷，形成5或者10μm的厚度。另外，根据情况，在上述导电性糊剂中添加0.2μm的丙烯酸颗粒以在金属层中形成空隙。另外，在形成有高电阻金属层的部分，在对银-钯合金(银95质量％、钯5质量％)的表面进行了氧化处理的粒子中酌量添加平均粒径0.2μm的丙烯酸颗粒，再在烧成后用加有粘合剂的导电性糊剂进行印刷，形成1～4μm的厚度。由此，形成了如表16所示的空隙率。
另外，将层叠体13中的高电阻金属层12m做成如表16所示的层数。另外，该高电阻金属层12m的配置，除样品No.IV-9之外都是有规则的。具体而言，就是高电阻金属层的层数为一层的样品No.IV-1，是将高电阻金属层配置于自层叠体之上开始的第150层。另外，高电阻金属层的层数为两层的样品No.IV-2，是将高电阻金属层有规则地配置于自层叠体之上开始的第100、200层。高电阻金属层的层数为五层的样品No.IV-3，是从层叠体之上每50层规则地配置高电阻金属层。
高电阻金属层的层数为14层的样品每20层有规则地配置，高电阻金属层的层数为59层的样品每5层有规则地配置。再者，高电阻金属层的层数为10层的样品，从层叠体制上开始按照26、27、28、28、28、28、28、27、27的间隔来有规则地配置高电阻金属层。另外，层数39层的样品，从层叠体制上开始以7、8、7、8的形式交互层叠有7层和8层的间隔，来有规则地配置高电阻金属层。高电阻金属层的层数为20的样品，按照13、13、13、13、14、14、15、15、15、16、16、16、16、16、15、15、14、14、13、13、13的间隔来有规则地配置高电阻金属层。在高电阻金属层的层数为20的样品中，高电阻金属层的配置无规则的样品No.IV-9，自层叠体之上开始按照5、5、25、25、15、10、20、20、10、10、10、10、10、20、20、10、15、25、25、5的间隔配置高电阻金属层。
也可以根据情况，预先在高电阻金属层12m中加进PZT、钛酸铅、氧化铝、二氧化钛、氮化硅、二氧化硅等高电阻成分。
然后，与上述实施例I-a一样，使层叠体13形成有一对外部电极15。接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图18所示的层叠型压电元件的压电驱动器(表16中的样品No.IV-1～32)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
将在上面得到的各压电驱动器置于室温下，用300Hz的频率施加0～+170V的交流电压，进行了连续驱动达2×109次的试验。试验按各样品100个为一组进行。试验后，计算了直至破坏的样品的比例，并以此作为试验后的破坏率填入表16。另外，使用金属显微镜、SEM等同时观察了层叠部，数出了发生剥离的层的数目。再者，用初始的层叠型压电元件的位移量除以初始的层叠型压电元件的位移量和试验后的层叠型压电元件的位移量之差的绝对值，将得到的值乘以100作为在驱动试验前后的位移量的变化率，填入表16。其结果如表16所示。
从表16看出，比较例样品No.IV-1，由于层叠型压电元件中的高电阻金属层为一个，因而不能使应力顺利分散，而且由于所产生的裂缝发展到整个元件，因此试验后的破坏率高达10％。另外，在成叠体中的层发生剥离的层的数量高达100个之多。再者，在试验前后的位移量的变化率高达20％，耐久性低。
与此相对，本发明的实施例样品序号IV-2～32，进行了连续驱动达2×109次后破坏率为3％以下，与比较例样品No.IV-1相比较，在耐久性方面非常优秀。特别是有规则地配置了高电阻金属层的样品，例如样品No.IV-6，与无规则配置的样品No.IV-9相比较，由于没有试验后的破坏、在试验前后的位移量的变化率小，因而耐久性优良。
另外还可看出，有规则地配置20层高电阻金属层，高电阻金属层的空隙率比其它的金属层高的样品No.IV-10～16，在驱动试验前后位移量的变化率小到2.0％以下，作为层叠型压电元件耐久性优良。而就设高电阻金属层的空隙率为40～99％的样品No.IV-11～16而言，在驱动试验前后位移量的变化率更是小到1.8％以下，表明耐久性优良。
另外，就有规则地配置20层高电阻金属层、使高电阻金属层的高电阻金属中的高电阻成分的含量比其它的金属层中的高电阻成分的含量高的样品No.IV-17～26而言，可看出，既无受到破坏的样品，在驱动前后位移量的变化率又明显地小到0.4～0.9％以下，表明作为层叠型压电元件耐久性优良。而作为高电阻成分使用了PZT、钛酸铅、氧化铝、二氧化钛的样品，耐久性更为优良。
再者，就已经确认有效的改变高电阻金属层与其它的金属层的厚度，使高电阻金属层的厚度比其它的金属层的厚度小的样品No.IV-6、No.IV-28～32而言，与高电阻金属层的厚度比其它的金属层的厚度大的样品No.IV-27相比较，在驱动前后的位移量的变化率小大1.6％以下，耐久性优良。
再者，就将与高电阻金属层的压电体层相对的电阻之比控制在1/10～1000倍的样品，及以示高电阻金属层的电阻为其它的金属层的电阻的1000倍以上的形式制作的样品而言，无高电阻金属层的剥离，表明耐久性优良。
上述结果表明，收纳有本实施方式的层叠型压电元件的喷射装置，不仅有效地进行喷射，而且耐久性优良，成为对地球环境亲和的制品。
(实施例V)
(压电驱动器的制作)
按照下述方法制作了由第十三实施方式的层叠型压电元件构成的压电驱动器。
首先，使用与上述实施例I-a相同的方法，制作了形成于厚度150μm的压电体层11的陶瓷印制电路基板。在该陶瓷印制电路基板的单面上，层叠300张利用丝网印刷法形成有在银-钯合金(银95质量％，钯5质量％)中加有粘合剂的导电性糊剂的薄板，进行烧成，得到层叠体13。烧成条件为800℃、保持后，用1000℃烧成。
此时，在形成有金属层的部分，用保护层厚度20μm的制版以形成10μm的厚度的形式进行印刷，在形成有局部金属层的部分，用保护层厚度10μm的制版以形成5μm的厚度的形式进行印刷。以形成于第50层、第100层、第150层、第200层、第250层的形式来配置局部金属层。将由局部金属层构成的金属层以如图19(b)所示的形式做成配置有6个局部金属层。
然后，与上述实施例I-a一样，在层叠体13上形成一对外部电极15。接着，在得到的层叠型压电元件的外部电极15上连接引线，通过引线在正极与负极外部电极15上施加3kV/mm的直流电场15分钟进行极化处理，制作出使用了如图19所示的形式的层叠型压电元件的压电驱动器(表17中的样品No.V-1～6)。在得到的层叠型压电元件上施加170v的直流电压时，所有的压电驱动器都在层叠方向得到了位移量。
(评价)
对于在上面得到的各压电驱动器，与上述实施例I-a相同进行了连续驱动试验。其结果如表17所示。
表17
1)“*”标记表示本发明之外的样品。
表中的“○”表示满足上部所记载的条件，“×”表示不满足上部所记载的条件。
从表17表明，作为比较例的样品No.V-6，施加在层叠界面的应力集中于一点，负载增加而产生剥离，同时，产生了节拍声及噪声。与此相对，作为本发明实施例的样品No.V-1～5，即使在连续驱动了1×109次后也未显著降低元件位移量，具有作为压电驱动器所必须的有效位移量，可制作不会发生误动作的、具有优良的耐久性的压电驱动器。
特别是可以看出，隔着压电体彼此相邻地配置应力缓和层与应力集中层的样品No.V-3，不仅可提高元件的位移量，而且可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。另外，隔着压电体夹持应力缓和层的样品No.V-4、5，不仅可使元件的位移量变得最大，而且元件位移量几乎不发生变化，耐久性极佳，因而可制作出元件位移量稳定的层叠型驱动器。
Claims (50)
1.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括多个厚度比在层叠方向上相邻的两侧的金属层薄的薄型金属层。
2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其中，多个所述薄型金属层夹着多层厚度比该薄型金属层厚的其它金属层而分别配置。
3.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其中，在层叠方向上规则地配置有多个所述薄型金属层。
4.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其中，多个所述金属层包括多个厚度比在层叠方向上相邻的两侧的金属层厚的厚型金属层。
5.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括多个厚度比在层叠方向上相邻的两侧的金属层厚的厚型金属层。
6.如权利要求5所述的层叠型压电元件，其中，多个所述厚型金属层夹着多个厚度比该厚型金属层薄的其它金属层而分别配置。
7.如权利要求5所述的层叠型压电元件，其中，在层叠方向上规则地配置有多个所述厚型金属层。
8.如权利要求5所述的层叠型压电元件，其中，多个所述金属层包括多个厚度比在层叠方向上相邻的两侧的金属层薄的薄型金属层。
9.如权利要求4或者8所述的层叠型压电元件，其中，相对于所述薄型金属层在层叠方向上相邻的金属层为所述厚型金属层。
10.如权利要求4或者8所述的层叠型压电元件，其中，相对于所述薄型金属层在层叠方向上相邻的两侧的金属层为所述厚型金属层。
11.如权利要求4～8中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在比较多个所述金属层的厚度时，在所述厚型金属层的厚度上具有峰值，并且从该厚型金属层起在层叠方向上两层以上的金属层，具有厚度逐渐减少的倾斜区域。
12.如权利要求1～4、8中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述薄型金属层由在隔着间隙相互隔开的状态下配置的多个局部金属层构成。
13.如权利要求1～8中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在多个所述金属层中，将厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层薄的金属层作为薄型金属层，将厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层厚的金属层作为厚型金属层，将除去所述薄型金属层及厚型金属层之外的其它金属层的厚度定为X2，将所述薄型金属层的厚度定为Y2，此时的厚度之比Y2/X2在0.1～0.9的范围内。
14.如权利要求1～8中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在多个所述金属层中，将厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层薄的金属层作为薄型金属层，将厚度比在层叠方向相邻的两侧的金属层厚的金属层作为厚型金属层，将除去所述薄型金属层及厚型金属层之外的其它金属层的厚度定为X2，将所述厚型金属层的厚度定为Z2，此时的厚度之比Z2/X2在1.05～2的范围内。
15.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与所述非活性层邻接的金属层是该金属层的厚度比在层叠方向上相邻的金属层的厚度薄的薄型金属层。
16.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与所述非活性层邻接的金属层是该金属层的厚度比在层叠方向上相邻的金属层的厚度厚的厚型金属层。
17.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和以合金为主成分的金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括多个构成所述合金的一种成分的比率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的高比率金属层。
18.如权利要求17所述的层叠型压电元件，其中，多个所述高比率金属层夹着多层该高比率金属层之外的其它金属层而分别配置。
19.如权利要求17所述的层叠型压电元件，其中，所述合金为形成全率固溶体的银合金，所述一种成分为银。
20.如权利要求19所述的层叠型压电元件，其中，所述合金是银钯合金。
21.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括构成金属层的至少一种成分的比率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的高比率金属层。
22.如权利要求21所述的层叠型压电元件，其中，多个所述高比率金属层夹着多层该高比率金属层之外的其它金属层而分别配置。
23.如权利要求22所述的层叠型压电元件，其中，所述一种成分为银，所述其他金属层以形成全率固溶体的银合金为主成分，所述高比率金属层由银构成。
24.如权利要求23所述的层叠型压电元件，其中，所述其它金属层由银钯合金构成。
25.如权利要求17～24中任一项所述的层叠型压电元件，其中，规则地配置有多个所述高比率金属层。
26.如权利要求17～24中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述高比率金属层和所述压电体层之间的密合力比高比率金属层之外的其它金属层和所述压电体层之间的密合力低。
27.如权利要求17～24中的任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述高比率金属层的维氏硬度比高比率金属层之外的其它金属层低。
28.如权利要求17～24中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在两个所述高比率金属层之间配置有多个该高比率金属层以外的其它金属层，在由该其它金属层构成的组中，存在所述一种成分的浓度从所述高比率金属层侧起逐渐减少的倾斜浓度区域。
29.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括主成分不同的至少两种以上的金属层，其中的一种金属层以夹着多层其它金属层的状态配置有多个。
30.如权利要求29所述的层叠型压电元件，其中，所述一种金属层以形成全率固溶体的银合金为主成分，其他金属层以铜为主成分。
31.如权利要求30所述的层叠型压电元件，其中，所述一种金属层以银钯合金为主成分。
32.如权利要求29～31中任一项所述的层叠型压电元件，其中，规则地配置有多个所述一种金属层。
33.如权利要求29～31中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述一种金属层和所述压电体层之间的密合力比所述其它金属层和所述压电体层之间的密合力低。
34.如权利要求29～31中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述一种金属层的维氏硬度比所述其它金属层低。
35.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，多个所述金属层包括多个构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层高的高充填金属层。
36.如权利要求35所述的层叠型压电元件，其中，多个所述高充填金属层夹着多层该高充填金属层以外的其它金属层而分别配置。
37.如权利要求35所述的层叠型压电元件，其中，在层叠方向规则地配置有多个所述高充填金属层。
38.如权利要求35所述的层叠型压电元件，其中，多个所述金属层包括多个构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向相邻的两侧的金属层低的低充填金属层。
39.如权利要求38所述的层叠型压电元件，其中，相对于所述低充填金属层在层叠方向相邻的金属层为所述高充填金属层。
40.如权利要求38所述的层叠型压电元件，其中，相对于所述低充填金属层在层叠方向相邻的两侧的金属层为所述高充填金属层。
41.如权利要求35～38中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述高充填金属层为金属的充填率的峰值，从该高充填金属层起在层叠方向上两层以上的金属层，具有金属的充填率逐渐减少的倾斜区域。
42.如权利要求38所述的层叠型压电元件，其中，所述低充填金属层由在隔着间隙相互隔开的状态下配置的多个局部金属层构成。
43.如权利要求35～38中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在多个所述金属层中，将构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层低的金属层作为低充填金属层，将金属的充填率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的金属层作为高充填金属层，将除去所述低充填金属层及高充填金属层之外的其它金属层中的金属的充填率定为X1，将所述低充填金属层中的金属的充填率定为Y1，此时的充填率之比Y1/X1在0.1～0.9的范围内。
44.如权利要求35～38中任一项所述的层叠型压电元件，其中，在多个所述金属层中，将构成该金属层的金属的充填率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层低的金属层作为低充填金属层，将金属的充填率比在层叠方向上相邻的两侧的金属层高的金属层作为高充填金属层，将除去所述低充填金属层及高充填金属层之外的其它金属层中的金属的充填率定为X1，将所述高充填金属层中的金属的充填率定为Z1，此时的充填率之比Z1/X1在1.05～2的范围内。
45.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与所述非活性层邻接的金属层是该金属层中的金属的充填率比在层叠方向上相邻的金属层中的金属的充填率低的低充填金属层。
46.一种层叠型压电元件，其交互层叠多个压电体层和金属层而成，其特征在于，在层叠方向的两端形成有由压电体构成的非活性层，与所述非活性层邻接的金属层是该金属层中的金属的充填率比在层叠方向相邻的金属层中的金属的充填率高的高充填金属层。
47.如权利要求1～46中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述金属层以从元素周期表第8～11族元素中选择的金属为主成分，将所述金属层中的元素周期表第8～10族元素的含量定为M1(质量％)，将元素周期表第11族元素的含量定为M2(质量％)时，满足如下关系：0＜M1≤15、85≤M2＜100、M1+M2＝100。
48.如权利要求47所述的层叠型压电元件，其中，所述金属层中的元素周期表第8～10族元素是从Ni、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru及Os中选择的至少一种，所述元素周期表第11族元素是从Cu、Ag及Au中选择的至少一种。
49.如权利要求1～46中任一项所述的层叠型压电元件，其中，所述金属层以Cu为主成分。
50.一种喷射装置，其具备：具有喷射孔的容器；收纳于该容器内的权利要求1～49中任一项所述的层叠型压电元件，并且构成为：通过驱动所述层叠型压电元件而从所述喷射孔喷出充填于所述容器内的液体。
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